Année 2007-2008

UNIVERSITE PARIS XII – VAL DE MARNE

École Doctorale Sciences et Ingénierie : Matériaux - Modélisation - Environnement

THESE

Présentée pour obtenir le titre de

DOCTEUR DE L’UNIVERSITE PARIS XII

par

François LELLOUCHE

OPTIMISATION DE L’HUMIDIFICATION DES GAZ

AU COURS DE LA VENTILATION MECANIQUE

Thèse dirigée par Monsieur le Professeur Laurent BROCHARD

Soutenue le 30 Novembre 2007

JURY

Monsieur le Professeur François LEMAIRE Président

Monsieur le Professeur Laurent BROCHARD Directeur de thèse

Monsieur le Professeur Claude MARTIN Rapporteur

Monsieur le Professeur Jean-Damien RICARD Rapporteur

Monsieur le Professeur Salvatore Maurizio MAGGIORE Examinateur

Monsieur le Professeur Erwan L’HER Examinateur

Monsieur le Professeur Jean-Christophe RICHARD Examinateur

Adresse du laboratoire de recherche: Service de Réanimation Médicale de l’hôpital Henri Mondor, 51, avenue du Maréchal de Lattre de Tassigny, 94010, Créteil. INSERM U841, Université Paris XII, Institut Mondor de Recherche Biomédicale (IMRB), Equipe 13 Biomécanique Cellulaire et Respiratoire

2

A France, Elsa, Juliette, Idriss et au(x) futur(e)(s) franco-québécois(e)

A mes parents, à Serge et à Gaëlle

A Jérôme Pigeot, Solenne Taillé, Siham Qader et Aissam Lyazidi pour leur aide

précieuse au sein de l’ « humidification team »

A Jean-Christophe, Rino, Nico, Alex, Erwan, Pablo, Bernard et tous ceux qui ont

animé la « respiratory team » et lui ont donné cette saveur particulière, entre rigolade

et rigueur, brainstorming, tea time, brainstorming, apéros et brainstorming

Au chef de cette respiratory team qui a su trouver la difficile alchimie

A Daniel Isabey et son équipe, en particulier Bruno Louis et Redouane Fodil

Au service de réanimation médicale de Mondor pour tout ce qu’il m’a apporté

3

Remerciements

Au Professeur Laurent BROCHARD qui a dirigé cette thèse au cours de ces belles années et

m’a laissé me ballader en grande liberté dans cette découverte de la recherche clinique tout en

m’indiquant le chemin de la rigueur quand il le fallait. Merci de m’avoir donné l’opportunité

de travailler à la « RT ».

Au Professeur François LEMAIRE que je remercie d’avoir accepté d’être président de ce

jury. Je garde le souvenir ému de votre petit sourire en coin quand vous avez accepté ma

demande de clinicat, et encore merci pour toutes les visites alternatives passionnantes.

Aux Professeurs Claude MARTIN et Jean-Damien RICARD qui ont accepté d’être

rapporteurs de cette thèse.

Aux Professeurs Erwan L’HER, Salvatore MAGGIORE et Jean-Christophe RICHARD qui

ont accepté d’être membres du jury.

Au Professeur Christian BRUN-BUISSON et à mes collègues de Mondor pour leur soutien,

aux internes, aux infirmières, aux sujets sains pour leur aide.

A tout ceux à l’Université Laval et à l’Hôpital Laval qui m’ont aidé à traverser l’atlantique et

m’ont permis de m’installer dans ce beau pays québécois.

A France pour sa relecture minutieuse et ses conseils, alors que les érables rouges, jaunes,

oranges et verts incitaient à d’autres activités.

4

Conflits d’intérêts :

Plusieurs études ont été financées par des fabricants de systèmes d’humidification

(Fisher&Paykel healthcare, Gründler médical, Hudson) ce qui a permis de compléter la

rémunération des ingénieurs de recherche du laboratoire pour plusieurs contrats.

Du matériel (filtres et humidificateurs, ainsi que deux thermomètres de précision Duotemp

par Fisher&Paykel) a également été prêté par plusieurs fabricants pour la réalisation des

évaluations sur banc ainsi que lors de l’étude multicentrique (étude 13) (Fisher&Paykel

healthcare et Tyco healthcare).

Aucune de ces sociétés n’a eu un droit de regard sur la méthodologie des études ni sur les

résultats avant publication.

5

TABLE DES MATIERES

RESUME....................................................................................................................Page 8

I. INTRODUCTION..................................................................................................Page 9

I.1 Historique..............................................................................................................Page 11

I.2 Systèmes d’humidifications utilisés au cours de la ventilation mécanique.....Page 21

I.2.a Humidificateurs chauffants..................................................................................Page 21

I.2.b Filtres humidificateurs.........................................................................................Page 24

I.2.c Filtres « actifs » ..................................................................................................Page 24

I.2.d Systèmes d’humidification dans la littérature.....................................................Page 26

I.3 Questions de recherche - Objectifs de cette thèse..............................................Page 32

I.3.a Performances des systèmes d’humidification......................................................Page 32

I.3.a.1 Ventilation invasive...............................................................................Page 32

I.3.a.2 Ventilation non invasive et CPAP........................................................Page 34

I.3.b Impact de l’espace mort des filtres humidificateurs............................................Page 36

I.3.b.1 Ventilation invasive..............................................................................Page 36

I.3.b.2 Ventilation non invasive.......................................................................Page 38

I.4 Principales techniques utilisées...........................................................................Page 40

I.4.a Mesures hygrométriques. Méthode psychrométrique..........................................Page 40

I.4.b Bancs de mesures de l’hygrométrie.....................................................................Page 50

I.4.c Relations débit / pression des systèmes d’humidification et des circuits.............Page 53

I.4.d Mesure des index de travail et d’effort respiratoire............................................Page 54

I.4.e Tableau de synthèse des méthodologies utilisées.................................................Page 58

II. EVALUATION DES SYSTEMES D’HUMIDIFICATION AU COURS DE LA

VENTILATION INVASIVE....................................................................................Page 59

II.1. Performances hygrométriques...........................................................................Page 59

II.1.a Humidificateurs chauffants.................................................................................Page 59

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs sur les

humidificateurs chauffants de dernière génération avec fils chauffants (Etude 1)

II.1.b Problèmes en rapport avec les circuits des humidificateurs chauffants...........Page 72

o Evaluation clinique de l’intérêt et des limites des nouveaux systèmes de compensation

pour limiter les risques de sous-humidification. Problème de la condensation dans les

circuits inspiratoires. Evaluation de nouveaux circuits expiratoires « poreux » (Etude 2)

6

II.1.c Filtres humidificateurs..........................................................................................Page 81

o Evaluation de 48 filtres pour l’appel d’offre de l’AP-HP (Etude 3)

II.1.d Filtres « actifs » ..................................................................................................Page 87

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs sur les

performances des filtres humidificateurs et du filtre « actif » Humid-Heat (Etude 4)

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs sur les

performances des filtres humidificateurs et du filtre actif Hygrovent « Gold », Medisize

(Etude 5).

II.2. Relation pression/débit des systèmes d’humidification.....................................Page 96

o Etude de l’influence du gaz utilisé (Air ou Héliox) sur la relation pression/débit des filtres

avant et après utilisation. Comparaison avec les humidificateurs et avec les sondes

d’intubation. (Etude 6)

II.3. Influence de l’hypothermie sur les performances des différents systèmes

d’humidification...........................................................................................................Page 103

o Sous-humidification et sur-humidification avec les différents systèmes d’humidification

au cours de l’hypothermie (Etude 7)

II.4 Synthèse sur l’évaluation des systèmes d’humidification au cours de la ventilation

invasive..........................................................................................................................Page 120

III. EVALUATIONS DES PERFORMANCES D’HUMIDIFICATION AU COURS DE

LA VENTILATION NON INVASIVE......................................................................Page 128

III.1. Performances hygrométriques au cours de la ventilation non invasive........Page 128

o Performances de différentes stratégies d’humidification au cours de la ventilation non

invasive (VNI) chez des sujets sains (Etude 8)

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs sur les

humidificateurs de dernière génération avec fils chauffants au cours de la VNI (Etude 9)

III.2. Performances hygrométriques au cours de la CPAP......................................Page 141

o Performances de différentes stratégies d’humidification au cours de la CPAP avec la

CPAP Boussignac ® et avec la CPAP à haut débit Vital Sign ® (Etude 10)

III.3 Synthèse sur l’évaluation des performances des systèmes d’humidification au

cours de la ventilation non invasive............................................................................Page 147

7

IV. EVALUATION DE L’EFFET DE L’ESPACE MORT DES SYSTEMES

D’HUMIDIFICATION EN VENTILATION NON INVASIVE.............................Page 149

IV.1 Etudes sur l’impact de l’espace mort au cours de la ventilation non

invasive..........................................................................................................................Page 149

o Impact sur le travail respiratoire de l’espace mort des filtres humidificateurs.

Comparaison avec les humidificateurs chauffants. (Etude 11)

o Comparaison des filtres et des humidificateurs chauffants sur les échanges gazeux au

cours de la VNI (Etude 12)

o Comparaison des filtres et des humidificateurs chauffants sur le travail respiratoire au

cours de la VNI. Impact sur le taux de succès de la technique (étude clinique

multicentrique). Etude HU.M.I.D. (Etude 13)

IV.2 Synthèse sur l’évaluation de l’impact de l’espace mort au cours de la ventilation

non invasive...................................................................................................................Page 189

V. CONCLUSIONS......................................................................................................Page 191

VI. BIBLIOGRAPHIE.................................................................................................Page 196

VII. ANNEXES..............................................................................................................Page 211

Annexes à l’étude 1.......................................................................................................Page 211

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs sur les

humidificateurs chauffants de première génération avec piège à eau

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs sur les

humidificateurs chauffants les plus récents

Annexe à l’étude 3........................................................................................................Page 220

o Evaluation sur banc du Booster utilisé avec deux filtres humidificateurs

8

OPTIMISATION DE L’HUMIDIFICATION DES GAZ AU COURS DE LA

VENTILATION MECANIQUE

RESUME 120 mots

L’humidification des voies aériennes au cours de la ventilation mécanique peut se faire par

différents systèmes: les humidificateurs chauffants, les filtres humidificateurs, et les filtres

« actifs ». Leurs avantages et inconvénients sont précisés dans ce travail. Ces systèmes sont

soumis à l’influence de facteurs extérieurs comme la température ambiante, la température de

sortie de ventilateur et celle du patient (le cas de l’hypothermie induite a été étudié plus

spécifiquement). Les performances hygrométriques de ces systèmes ont été testées sur banc et

sur patient avec la méthode psychrométrique et comparées aux données de la littérature. Les

effets du système utilisé au cours de la ventilation non invasive sur les performances

d’humidification, le travail respiratoire et l’efficacité de la technique sont présentés.

Mots-clés: humidification, hygrométrie, psychrométrie, ventilation mécanique, insuffisance

respiratoire aiguë, travail respiratoire, échangeur de chaleur et d’humidité, humidificateur

chauffant, hypothermie, ventilation non invasive

OPTIMIZATION OF THE GAS HUMIDIFICATION DURING MECHANICAL

VENTILATION

SUMMARY 120 mots

Gas humidification during mechanical ventilation can be achieved by various systems: heated

humidifiers, “active” heat and moisture exchangers, and heat and moisture exchangers. Each

one of these systems has advantages and disadvantages specified in this work and are

subjected to the influence of external factors like the ambient air temperature, the ventilator

outlet temperature and the patient’s temperature (the case of induced hypothermia was studied

more in detail). The hygrometric performances of these different systems were tested on

bench and in patients with the method of psychrometry and compared with the data of the

literature. In addition, the effects of the system used on humidification performances, work of

breathing and success rate of the technique were compared during noninvasive ventilation.

Key-words: humidification, hygrometry, psychrometry, mechanical ventilation, acute

respiratory distress, work of breathing, heat and moisture exchanger, heated humidifier,

hypothermia, non invasive ventilation

9

I. INTRODUCTION :

L’humidification des voies aériennes au cours de la ventilation mécanique est un sujet

qui peut sembler secondaire en regard des sujets phares de la réanimation respiratoire :

syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA), ventilation non invasive, sevrage

ventilatoire. Ainsi, il n’était pas fait mention de l’humidification des voies aériennes dans la

conférence de consensus sur la ventilation mécanique en 1993 [1] ni dans la conférence de

consensus récente sur le sevrage [2]. En réalité, cette question concerne de très nombreux

aspects de la ventilation artificielle et il est important de la considérer lors de la prise en

charge des patients hospitalisés dans une unité de réanimation [3].

En effet, les systèmes d’humidification peuvent influencer l’efficacité de la ventilation

mécanique au cours de la ventilation contrôlée, comme cela a été montré au cours de la

ventilation du SDRA [4-8], de même que pendant la ventilation assistée (comme au cours de

la VNI ou au cours du sevrage ventilatoire) du fait de la différence d’espace mort qui existe

entre les systèmes d’humidification. Par ailleurs, la principale fonction de ces systèmes est de

chauffer et d’humidifier les gaz délivrés au patient par le biais d’un ventilateur.

L’importance de l’humidification des voies aériennes a été démontrée très tôt après les

débuts de la ventilation mécanique [9]. Il a rapidement été montré que plusieurs types de

lésions pouvaient être liées à une humidification insuffisante des voies aériennes au cours de

la ventilation mécanique : destruction ciliaire, desquamation des cellules épithéliales

bronchiques, ulcération de la muqueuse bronchique avec comme conséquences une atteinte de

la fonction muco-ciliaire, une augmentation de la viscosité du mucus, une augmentation de la

résistance des voies aériennes, une diminution de la compliance pulmonaire et des atélectasies

[10]. Il a bien été démontré que des systèmes d’humidification peu efficaces pouvaient

entraîner des complications graves, potentiellement mortelles comme les occlusions de sonde

[11-15], mais aussi, et ce sont probablement les plus nombreuses bien que difficiles à chiffrer,

des sub-occlusions de sonde [15-17] qui peuvent augmenter de façon significative les

résistances des sondes d’intubation. Ces sub-occlusions, difficiles à diagnostiquer, peuvent

avoir des conséquences graves pour les patients comme une augmentation du travail

respiratoire au cours de la ventilation assistée, ce qui peut retarder le sevrage ventilatoire. De

même, ces sub-occlusions peuvent occasionner une limitation du débit expiratoire

éventuellement responsable d’une PEP intrinsèque au cours de la ventilation contrôlée.

Ces complications sont favorisées par des niveaux d’humidification des gaz

insuffisants. Pourtant les mesures hygrométriques réalisées par les industriels ne sont pas

disponibles pour tous les systèmes d’humidification et surtout, les mesures indépendantes sont

peu fréquentes. Par analogie, la réalisation des tests techniques indépendants des ventilateurs

10

artificiels a parfois révélé de graves défauts de ces derniers [18, 19]. De même, pour les

systèmes d’humidification, compte tenu des nombreux systèmes existant sur le marché, une

évaluation indépendante est nécessaire [20]. Le but est de mieux informer les utilisateurs et

d’améliorer les systèmes existant, en partenariat avec les industriels.

La problématique de l’humidification des voies aériennes au cours de la ventilation

non invasive est beaucoup moins claire puisque les voies aériennes ne sont pas court-

circuitées. Pour autant, les conditions respiratoires sous VNI ne sont pas identiques à la

respiration physiologique. Les débits respiratoires sont souvent plus élevés, avec un gaz

beaucoup plus sec (en particulier en cas d’utilisation d’un ventilateur de réanimation) et les

populations concernées par la VNI ont souvent une hyperréactivité bronchique [21, 22].

L’effet des gaz secs sur la muqueuse bronchique est connu depuis longtemps [23]. Le niveau

optimal d’humidification nécessaire dans cette situation n’est pas connu. Mais cette question

souffre surtout d’un manque de données. Par ailleurs, la question du type d’humidification à

utiliser n’est pas résolue compte tenu de la différence d’espace mort entre les filtres

humidificateurs et les humidificateurs chauffants et d’un possible effet délétère de cet espace

mort comme cela a déjà été montré au cours de la ventilation invasive.

L’objet de cette thèse est de rassembler les différentes études concernant

l’humidification des voies aériennes des patients sous ventilation mécanique invasive ou non

invasive menées pendant les cinq années passées dans le service de réanimation de l’hôpital

Henri Mondor à Créteil, et réalisées sous la direction du Professeur Laurent Brochard.

L’évaluation des performances hygrométriques des différents systèmes

d’humidification au cours de plusieurs études sur banc ou sur patient, en ventilation invasive

ou non invasive seront rapportées. En particulier, nous discuterons de l’influence de

paramètres extérieurs au patient (comme la température ambiante) de paramètres liés au

ventilateur (température des ventilateurs, FiO2, ventilation/minute et débits) et de paramètres

liés au patient (comme sa température corporelle). De même, l’évaluation des résistances de

ces différents systèmes d’humidification et la comparaison avec les autres éléments du circuit

de ventilation seront discutés. Enfin, l’impact de l’espace mort des systèmes d’humidification

au cours de la ventilation non invasive a été évalué au cours de trois études qui seront

présentées. Cet aspect étant déjà bien documenté au cours de la ventilation invasive, il n’a pas

fait l’objet d’étude de notre part.

Plusieurs systèmes d’humidification existent : les filtres humidificateurs, les

humidificateurs chauffants et les filtres « actifs ». Si l’utilisation de ces systèmes a pu obéir à

des modes, le choix rationnel basé sur la connaissance des avantages et limites de chacun de

ces systèmes dans les différentes situations cliniques est possible.

11

I.1 Historique

Physiologie des voies aériennes supérieures

« By successively traversing the mouth, nasal cavities, pharynx, larynx, trachea and bronchi, the inspired air

becomes of a similar temperature with the body. The inspired air is charged with vapor which it carries away

from the mucous membrane of the air passages, and in this state always hot and humid, it arrives at the

pulmonary lobules” Magendie, 1829

D’après Walker, avant 1829, on pensait que le réchauffement et l’humidification des

gaz se faisait au niveau des poumons [24]. Magendie aurait été le premier à cette date à

évoquer le rôle des voies aériennes supérieures dans le réchauffement et l’humidification des

gaz inspirés [25]. On sait maintenant que c’est au niveau des voies aériennes supérieures (oro-

naso-pharynx) que les gaz sont humidifiés [26-28]. Il est admis qu’après le naso-pharynx, les

gaz sont à 29-32°C avec environ 95% d’humidité relative et à 32-34°C avec 100% d’humidité

relative dans la trachée [29, 30]. En 1956, Ingelstedt a mesuré l’hygrométrie des gaz à

différents niveaux des voies aériennes supérieures chez des volontaires sains non intubés. Par

ponction au niveau de la membrane cricoïdienne et utilisation d’un micro-psychromètre, il a

montré qu’au niveau de l’espace sous-glottique, les gaz étaient à 32,3°C à l’inspiration et à

36,4°C à l’expiration et dans les deux cas avec une humidité relative proche de 100% [29].

Sara et Currie ont mesuré l’humidité des gaz inspiratoires au niveau de la trachée par la

méthode psychrométrique chez des patients trachéotomisés [31]. La respiration nasale était

plus efficace que la respiration buccale (34°C, 90% vs 31°C, 80 % d’humidité relative).

Primiano et al ont mesuré la température et l’humidité au niveau pharyngé [32]. Dans

cette étude, à une température ambiante de 22°C, la respiration nasale était plus efficace que

la respiration buccale pour réchauffer et humidifier les gaz inspiratoires au niveau pharyngé

(31°C, 95% vs 27°C, 75% d’humidité relative).

Dery a mesuré la température et l’humidité relative des gaz chez des patients intubés

au cours d’une anesthésie générale. Il a montré que les gaz inspiratoires, bien qu’à environ

25°C et 60% d’humidité relative à l’entrée dans le tube endotrachéal, arrivaient à 37°C et

saturés après les premières divisions bronchiques [33, 34].

McFadden et al ont montré que les gaz étaient saturés à 32°C à la partie supérieure de

la trachée et à 35,5°C dans les bronches sous-segmentaires. De plus, il a montré que même

pour des niveaux d’hyperventilation extrêmes (100L/min), ces valeurs restaient relativement

stables: 29,2 et 33,9 °C respectivement [35].

Une synthèse des principales données de base a été faite dans une revue sur

l’humidification il y a plus de 30 ans [36] et ces données n’ont pas été remises en cause.

12

Nécessité d’humidification des voies aériennes

La nécessité de l’humidification des voies aériennes au cours de la ventilation

mécanique invasive lorsque les voies aériennes supérieures sont court-circuitées est connue

depuis longtemps. Les toutes premières descriptions des effets de la sous-humidification des

gaz sont apparues dès les débuts de la ventilation mécanique moderne qui sont généralement

associés aux grandes épidémies de poliomyélite de 1948 aux Etats-Unis et de 1952 en Europe

[9, 37]. Dès 1950, Heyden montrait une hyperréactivité des cellules productrices de mucus

chez des patients trachéotomisés [38]. Rapidement après ces descriptions, plusieurs auteurs

proposaient d’humidifier les gaz délivrés aux patients trachéotomisés pour éviter ces

problèmes [24, 39-42].

Burton fut le premier à décrire la possibilité de lésions de l’arbre bronchique lors de

l’intubation endotrachéale [43]. Sur des données animales et des descriptions cliniques, il

montrait clairement que des lésions bronchiques (en particulier de la fonction muco-ciliaire)

pouvaient intervenir même après quelques heures de ventilation mécanique avec des gaz secs.

De même, il montrait que l’utilisation de gaz humidifiés (35 à 37°C et saturés) n’entraînaient

pas ces lésions.

Toremalm, quant à lui, évalua les battements ciliaires avec des gaz secs et des gaz

humidifiés par un filtre en aluminium sur un modèle de trachée de lapin. Les battements

ciliaires passaient de 500 battements /min à 0 battements /min après exposition à l’air ambiant

pendant 30 minutes. Au contraire, avec le filtre en aluminium, la fréquence des battements

ciliaires restait constante pendant 140 minutes. Malheureusement, l’hygrométrie des gaz

utilisés n’était pas mesurée dans cette étude [44].

Dans une étude clinique portant sur 3 groupes de patients anesthésiés et intubés

pendant au moins 3 heures, Chalon démontra l’avantage d’utiliser des gaz humidifiés [45]. Un

groupe recevait des gaz secs, le second des gaz à 22-26°C et 60% d’humidité relative (12-15

mgH2O/L) et le dernier groupe des gaz à 37°C et saturés (44 mgH2O/L). Une étude

cytologique à partir d’un mini-lavage bronchique révélait l’absence de lésions dans le groupe

« humidifié », des lésions modérées dans le groupe intermédiaire et des lésions importantes

dans le groupe non humidifié. Cette étude démontrait des effets cytologiques majeurs mais les

effets cliniques n’étaient pas rapportés.

Dans une étude réalisée quelques années plus tard, le même groupe démontrait

l’impact clinique de différents niveaux d’humidification au cours d’une anesthésie générale

[46]. Chez 202 patients sous anesthésie générale pour des durées de près de 4 heures, un

groupe de 70 patients recevait des gaz « secs », un groupe de 62 patients recevait des gaz

« humidifiés » à 60% d’humidité relative et 20-23°C (soit 10,6 à 12,5 mgH2O/L) et un groupe

13

de 70 patients recevait un gaz « saturé » à 100% et à 32°C (soit 34 mgH2O/L). Des

prélèvements cytologiques étaient obtenus en début et en fin d’intervention et montraient des

différences significatives entre les trois groupes, avec une absence de modification

cytologique dans le groupe le plus humidifié. L’analyse des complications pendant la période

post-opératoire était basée sur un score clinico-radiologique (température, modifications

auscultatoires ou anomalie radiologique) évalué en aveugle du type d’humidification reçu. Le

score clinico-radiologique diminuait avec l’augmentation de l’humidification des gaz

délivrés : 1,3±0,1 vs 0,6±0,1 vs 0,3±0,1 pour les gaz « secs », « humidifiés » et « saturés ».

Dans cette étude, un impact positif de l’utilisation de gaz inspiratoires humidifié à 34

mgH2O/L sur les complications post-opératoires a donc pu être démontré malgré une durée

courte d’exposition.

Forbes a évalué la fonction ciliaire à différents niveaux d’humidité relative dans un

modèle animal [47]. Sur une période de ventilation de 5 heures, en faisant varier l’humidité

relative à 25, 50, 75 et 100% avec un gaz maintenu à 37°C, la fonction ciliaire était évaluée en

mesurant les mouvements de la poudre placée sur la muqueuse trachéale. A 37°C et 25%

d’humidité relative (11 mgH2O/L), les mouvements de la poudre s’arrêtaient après seulement

15 minutes. A 50% d’humidité relative (22 mgH2O/L), les mouvements s’arrêtaient après 20

minutes. En revanche, il n’y avait pas de différence significative entre 75 (33 mgH2O/L) et

100% (44 mgH2O/L). Dans l’étude suivante, le même auteur a évalué l’influence de

l’humidité relative avec le même modèle, en maintenant l’humidité absolue à 33 mgH2O/L et

en faisant varier la température à 32°C (97% d’humidité relative), 37°C (75% d’humidité

relative) et 42°C (60% d’humidité relative) [48]. Au terme d’une durée de ventilation de 5

heures, aucune différence de fonction ciliaire n’était notée entre les conditions testées.

Williams a fait une synthèse des très nombreuses études animales publiées. Elles sont

concordantes et démontrent l’effet délétère de l’utilisation de gaz secs sur l’épithélium

bronchique, l’activité muco-ciliaire, avec un effet d’autant plus prononcé que l’exposition aux

gaz secs est prolongée et que les gaz sont secs [10].

C’est finalement sur des séries de patients sous ventilation mécanique prolongée qu’il

a été plus facile de démontrer les conséquences cliniques de la sous-humidification des gaz. Il

a été montré que l’utilisation d’un filtre hydrophobique (ayant de faibles performances

d’humidification) entraînait un risque d’occlusion de la sonde d’intubation, interface vitale

entre le patient et le ventilateur [11-15]. Dans ces études où le même filtre hydrophobique

était utilisé (BB2215, Pall Ultipor), la fréquence des occlusions de sondes était de 10 à 20%.

La survenue d’une occlusion de sonde est potentiellement mortelle. Dans l’étude de Martin et

al, l’essai clinique comparant ce filtre à un humidificateur chauffant avait été interrompu suite

14

au décès d’un patient après une occlusion de sonde dans le groupe filtre [12]. Dans une étude

récente, Kapadia a rapporté une série de 13 occlusions de sondes sur une période de 3 ans

dont plus de la moitié avaient entraîné un arrêt cardio-circulatoire [49, 50].

Recommandations pour l’humidification des gaz découlant de ces données physiologiques

Les gaz médicaux après décompression sont secs (moins de 5 mgH2O/L) et doivent

donc être réchauffés et humidifiés pour se rapprocher des conditions physiologiques avant

d’être délivrés aux patients par l’intermédiaire d’un ventilateur au cours de la ventilation

invasive (Figure I.1).

Chamney a défini en 1969 les conditions auxquelles devaient répondre les systèmes

d’humidification utilisés chez les patients intubés ou trachéotomisés [36]. Parmi ces

conditions, cet auteur recommandait que les gaz arrivant à la trachée soient entre 30 et 36°C

et dans la fourchette de 30 à 40 mgH2O/L. Dans un éditorial en 1987, «A rational basis for

humidity therapy », Chatburn proposait de délivrer des gaz saturés à 32-34°C (33,9-37,7

mgH2O/L), niveau d’hygrométrie auquel les gaz arrivent dans la trachée chez les sujets sains

[51]. Il concluait dans le même éditorial qu’il n’existait pas de rationnel pour proposer de

délivrer des gaz saturés à 37°C.

Plusieurs sociétés et organismes différents ont donné des recommandations assez

proches pour l’humidification des gaz. Le British Standards Institute a recommandé de

délivrer une humidité absolue de 33 mgH2O/L en 1970 [52]. En 1979, l’ANSI (American

National Standards Institute) a recommandé un niveau minimum d’humidité délivrée pour les

humidificateurs chauffants de 30°C à 100% d’humidité relative [53]. Par ailleurs, l’AARC

(American Association of Respiratory Care) recommande de délivrer un gaz à 30 mgH2O/L et

a étendu cette recommandation à l’ensemble des systèmes d’humidification [54]. La norme

ISO 8185 recommande également 30 mg/L pour les systèmes d’humidification [55].

Au cours de la ventilation non invasive, la problématique de l’humidification est très

différente puisque les voies aériennes supérieures ne sont pas court-circuitées (Figure I.1).

Dans cette situation, les gaz peuvent donc théoriquement être réchauffés et humidifiés.

Pourtant, pour plusieurs raisons, les gaz inspiratoires risquent de ne pas être aussi bien

humidifiés et réchauffés au cours de la VNI en comparaison avec le sujet normal non ventilé.

D’une part, des gaz médicaux secs sont souvent utilisés, en particulier lorsque la VNI est

réalisée avec des ventilateurs de réanimation. Par ailleurs, les débits inspiratoires sont souvent

plus importants au cours de la VNI que lors de la respiration spontanée, et les patients

respirent plus souvent par la bouche au cours de la VNI. Comme cité précédemment, la

respiration buccale est moins efficace pour l’humidification des gaz [31, 32]. Par ailleurs, les

15

populations ayant recours à la VNI ont souvent une hyperréactivité bronchique [21, 22, 56]

qui peut être majorée par les gaz secs [57-59]. Il est en effet connu depuis très longtemps que

les gaz secs pouvaient augmenter le bronchospasme chez les patients asthmatiques [23, 60].

Pourtant, les données concernant la situation spécifique de l’humidification des voies

aériennes au cours de la VNI sont très pauvres. Cette technique ne s’est popularisée dans les

services de réanimation que dans les années 1990 [61-63]. Les différentes conférences de

consensus [64, 65] ainsi qu’une revue générale exhaustive sur la VNI [66] ne pouvaient donc

donner que peu de recommandations sur le sujet compte tenu du peu d’études existant dans ce

domaine. C’est d’ailleurs une des raisons qui nous ont amenés à nous intéresser à ce sujet.

Figure I.1 : Température et hygrométrie des gaz utilisés lors de la ventilation spontanée (air ambiant) et de la ventilation mécanique invasive ou non invasive (air sec en cas de ventilateur de réanimation ou intermédiaire si un ventilateur à turbine est utilisé). Dans tous les cas, le gaz arrive dans les alvéoles pulmonaires à la température corporelle (ici 37°C) et saturé en vapeur d’eau.

AIR AMBIANT~22° C~10-15 mg/L~50% HR

Ventilationspontanée

GAZ SECS TURBINE~ 22° C ~ 22° C~0-5 mg/L ~0 à 15 mg/L~0% HR ~0 à 50% HR

Ventilationinvasive

Ventilationnon invasive

37°C , 44 mgH2O /l, 100%HR

16

Historique de l’humidification par les humidificateurs chauffants

Avant le développement de filtres humidificateurs performants, les humidificateurs

chauffants ont été les premiers systèmes d’humidification pouvant conditionner les gaz pour

qu’ils soient délivrés suffisamment chauds et humides pour les patients sous ventilation

mécanique invasive [36, 39]. Le premier humidificateur chauffant a été décrit par Marshall et

Spalding en 1953 et était destiné aux patients atteints de poliomyélite trachéotomisés [39].

Les humidificateurs non chauffés qui ne peuvent pas dépasser les 20 mgH2O/L ont

rapidement été abandonnés pour l’humidification des gaz en cas de shunt des voies aériennes

supérieures.

Les humidificateurs chauffants « passover » ou « bubble-through » permettent

d’atteindre des niveaux plus élevés d’humidification (Figure I.2). Avec ces humidificateurs,

l’eau est chauffée par une résistance ou une plaque chauffante et les gaz passent au-dessus de

l’eau ou directement dans l’eau de la chambre d’humidification et sort saturé de

l’humidificateur. Le long du circuit inspiratoire, non chauffé dans les premiers modèles

utilisés, le gaz se refroidit, ce qui entraîne une condensation dont l’importance dépend de

plusieurs facteurs (température ambiante, débits inspiratoires, conductivité du circuit) mais

qui a été estimée à environ 25 ml/h [67, 68] et qui nécessite de vider la condensation

accumulée dans les pièges à eau près de 10 fois par jour [69]. Les premiers modèles

d’humidificateurs ne permettaient qu’un réglage de l’intensité de chauffage de la plaque

chauffante mais sans réglage de la température délivrée (Figure I.2). Il était recommandé de

surveiller la température délivrée au patient (température à la pièce en Y) avec ces

humidificateurs. En effet, il pouvait exister avec ces humidificateurs chauffants une

irrégularité de la température des gaz délivrés en fonction de la longueur du circuit utilisé, des

variations des débits inspiratoires et des variations de la température extérieure. Des brûlures

de la muqueuse trachéale ont été décrites avec ces systèmes [70]. La température de l’eau

dans les chambres d’humidification peut être très élevée (50-60°C) [71], et même jusqu’à

80°C [72]. Les humidificateurs chauffants de la génération suivante avaient un contrôle

thermométrique à la pièce en Y et un réglage de cette température. Il existait donc un

rétrocontrôle de l’intensité du chauffage de la pièce chauffante en fonction de la température à

la pièce en Y (Figure I.2) ce qui permettait de maintenir constante cette dernière. En plus du

risque de brûlure de la muqueuse trachéale, des risques infectieux ont été décrits rapidement

avec les humidificateurs chauffants [73-75] en particulier avec les humidificateurs « bubble-

through » qui peuvent créer des micros-aérosols pouvant diffuser les bactéries dans le circuit

[76]. Les autres types d’humidificateurs chauffants ne semblent pas être responsables de ces

problèmes [72]. Enfin des accidents électriques ont été notés avec les premiers

17

humidificateurs [77]. Les problèmes liés à la condensation dans les circuits, associés aux

risques infectieux potentiels et à la surcharge de travail ont donc été notés très tôt avec ces

appareils.

En 1972, un nouvel humidificateur chauffant (Fisher&Paykel 328) permettait

l’utilisation de circuits chauffants, ce qui permettait en théorie de délivrer des gaz

inspiratoires réchauffés et humidifiés à un niveau physiologique (température à 37°C et

humidité absolue de 44 mgH2O/L) en évitant les problèmes de condensation dans les circuits

[78].

L’humidification par nébulisation a également été utilisée chez les patients intubés.

Ces systèmes délivraient des gouttelettes d’eau et non de la vapeur d’eau. Plusieurs systèmes

de nébulisation ont été utilisés, certains basés sur l’entraînement de particules d’eau par des

gaz à grande vitesse [68], d’autres basés sur un moteur rotatif à haute vitesse (nébulisation

mécanique) [79]. Enfin, des nébulisateurs à ultrasons ont été développés et utilisés en

particulier pour les patients sous jet-ventilation [80]. Un des risques de ces systèmes était la

sur-humidification puisque ces systèmes pouvaient produire jusqu’à 1000 mgH2O/L [68]. Le

plus souvent ces systèmes de nébulisation étaient des systèmes d’humidification froide, mais

ils pouvaient également être chauffés. Le principal risque décrit associé à la nébulisation a été

le risque infectieux en rapport avec l’administration aux patients de micro-gouttelettes

contenant des pathogènes [81]. Actuellement ce type d’humidification par nébulisation n’est

pas recommandé chez les patients intubés.

18

3131--35°C35°C

3131--35°C35°C

Résistance

A

B

37°C40 °C

37°C

Fil chauffant

Plaque chauffante

Température desortie de chambre Température

de la pièce en Y

C

D

Plaque chauffante

Sortie du gaz de la chambred’humidification

Entrée du gaz dans la chambred’humidification

Eau chauffée

Pompe

Figure I.2 : Principaux modes de fonctionnement des humidificateurs chauffants. A : Humidificateur « Bubble-through » : le gaz passe dans une eau chauffée par une résistance. Ces humidificateurs ont été beaucoup utilisés initialement. B : Humidificateurs « Pass-over » sans fil chauffant sur la voie inspiratoire: le gaz qui passe au dessus de l’eau qui est chauffée, se réchauffe et s’humidifie lors de ce passage. A et B : le gaz sort en théorie saturé après son passage dans la chambre d’humidification. Après la chambre d’humidification, le gaz se refroidit lors de son cheminement dans la voie inspiratoire, ce qui entraîne une condensation. Un piège à eau permet de recueillir le condensat régulièrement. C : Humidificateurs « Pass-over » avec fil chauffant sur la voie inspiratoire: le principe de fonctionnement est le même que le B, en dehors de la présence d’un fil chauffant sur la voie inspiratoire qui permet de maintenir ou d’augmenter la température du gaz après la pièce en Y, ce qui doit éviter en principe la condensation de se produire. D : Humidificateurs à contre-courant : humidificateurs les plus récents. Le gaz passe dans un réseau de petits canalicules à contre courant de l’eau chauffée dans la chambre d’humidification. Après la chambre d’humidification, un fil chauffant est le plus souvent utilisé.

19

Historique de l’humidification par les filtres humidificateurs

Le principe des échangeurs de chaleur et d’humidité a été décrit par l’anglais Julius

Jeffreys en 1835 et breveté en 1836 [82]. Ce système appellé le « Respirator » était conçu

pour lutter contre les maladies respiratoires et en particulier la tuberculose. Il était constitué de

fines couches de fils métalliques encastrées dans du cuir et devait être gardé devant la bouche.

Figure I.3 : Publicité pour le « respirator »

Plus tard, les premiers filtres échangeurs de chaleur et d’humidité utilisés au cours de

la ventilation mécanique ont été conçus sur le même principe. Dès 1956, Walley décrivit un

cylindre contenant un isolant, le « Perspex » constitué d’un fin rouleau de cuivre plaqué

d’argent permettant la condensation du gaz expiratoire associée à un réchauffement du gaz et

à la restitution de la chaleur et l’humidité [83]. Deux ans plus tard, un autre système conçu de

fins tubes d’acier dans un cylindre de plexiglas était décrit par Koch [84]. Plusieurs systèmes

identiques, tous conçus pour être réutilisables ont été décrits [85, 86] et utilisés pendant plus

de 10 ans.

En 1976, un filtre échangeur de chaleur et d’humidité à usage unique a été décrit par le

canadien Steward [87]. Ce filtre fabriqué par la société Portex était constitué d’un rouleau de

papier microporeux utilisé comme surface d’échange. Plusieurs filtres de même type ont été

rapidement développés [88]. Mais c’est l’utilisation de sels « hygroscopiques » qui a permis

d’améliorer les performances des filtres humidificateurs [89]. Les substances hygroscopiques

utilisées par la suite ont été des sels de calcium le plus souvent ou de lithium, avec dans ce

dernier cas une étude soulevant le risque de réabsorption de lithium par les patients en

particulier en cas d’utilisation pédiatrique [90].

En plus de l’humidification, des propriétés de filtration anti-bactériennes ont été

développées parallèlement, initialement pour la protection de la sortie expiratoire du

ventilateur d’anesthésie, en utilisant des membranes hydrophobiques en fibre de verre ou en

céramique ou des composants électrostatiques [91]. Plusieurs équipes ont testé les propriétés

20

humidificatrices de ces filtres et ont proposé de remplacer les humidificateurs chauffants par

ces filtres, considérés comme suffisamment efficaces en terme d’humidification [92], plus

pratiques et plus sûrs que les humidificateurs chauffants pour les risques infectieux [93]. Cette

proposition d’utilisation des filtres pour humidifier les gaz a été discutée, en particulier pour

les ventilations mécaniques prolongées [94] mais plusieurs publications ont par la suite

montré les risques élevés d’occlusion de sondes endotrachéales avec l’utilisation d’un filtre

hydrophobique, le BB2215 (Pall) [11-15, 95]. Le risque de mauvaises performances des

filtres hydrophobique pour les patients ayant une ventilation/minute >10L/min a été souligné

par Martin et al. [96, 97]. La même équipe a montré qu’avec les filtres hygroscopiques, les

performances étaient satisfaisantes et équivalentes aux humidificateurs chauffants, même chez

des patients ayant une ventilation/minute >10L/min [98]. Actuellement encore, à de rares

exceptions près [99, 100], les filtres hygroscopiques ne devraient pas être utilisés au cours de

la ventilation mécanique prolongée.

L’utilisation de filtres mixtes hygroscopiques et hydrophobiques [101] ou

hygroscopiques et électrostatiques [102] ont permis le développement de filtres

humidificateurs ayant des bonnes performances d’humidifications ainsi que de bonnes

propriétés de filtration bactérienne et virale.

Mais encore actuellement, beaucoup d’anciens modèles n’ayant parfois que des

composants hydrophobiques sont proposés sur le marché pour la filtration ET

l’humidification, ce qui entraîne une grande hétérogénéité des filtres en terme de

performances d’humidification.

21

I.2 Systèmes d’humidification utilisés au cours de la ventilation mécanique

Au cours de la ventilation mécanique invasive, il existe plusieurs systèmes

d’humidification utilisés: les humidificateurs chauffants, les filtres humidificateurs (ou

échangeurs de chaleur et d’humidité) et apparus plus récemment les filtres actifs.

I.2.a Humidificateurs chauffants

Les humidificateurs chauffants sont des systèmes d’humidification actifs. L’humidité

délivrée au patient par les humidificateurs chauffants lors de l’inspiration provient de la

vapeur d’eau contenue au niveau d’une chambre d’humidification chauffée par une plaque

chauffante ou par une résistance plongée dans l’eau située en série sur le circuit inspiratoire

du ventilateur [103]. Le fonctionnement des humidificateurs chauffants est donc indépendant

de l’humidité expirée par le patient.

Plusieurs principes de fonctionnement ont été utilisés, les humidificateurs « bubble-

through » dans lesquels le gaz passe dans une eau chauffée, et les humidificateurs « passover

», les plus utilisés où le gaz s’humidifie en passant au dessus d’une eau chauffée et récupère la

vapeur d’eau présente dans la chambre d’humidification (Figure I.2). L’eau portée à une

température élevée (entre 50 et 75°C) entraîne une évaporation dans cette chambre. La

dernière génération des humidificateurs chauffants est celle représentée par le HC 200 qui a

un mode de fonctionnement particulier, c’est un humidificateur à contre-courant (Figure I.2)

[104].

En plus des principes de fonctionnement, plusieurs éléments différencient les

humidificateurs chauffants : la présence ou non d’une boucle de régulation en fonction d’une

température et également, l’utilisation ou non de circuits chauffés.

Les premiers humidificateurs ne comprenaient pas de surveillance de la température et

l’intensité de la plaque chauffante pouvait être réglée indépendamment d’une température

cible. Très rapidement, il a été conseillé de surveiller au moins de manière intermittente la

température à la pièce en Y pour éviter les brûlures de la muqueuse bronchique [70]. Ensuite,

cette surveillance de la température à la pièce en Y a été intégrée à l’humidificateur chauffant.

Avec certains humidificateurs, un rétrocontrôle de l’intensité de la plaque chauffante a été

intégré.

L’autre évolution majeure a été l’introduction de fils chauffants dans la voie

inspiratoire puis dans les deux branches du circuit. En effet, l’absence de fil chauffant

entraînait une condensation majeure dans les circuits et limitait ainsi les performances de ces

humidificateurs. La température cible habituellement utilisée était de 31 à 35°C à la pièce en

Y. L’utilisation de fils chauffants a permis d’augmenter ces températures et a introduit une

nouvelle boucle de régulation, plus complexe, faisant intervenir la température de sortie de la

22

chambre d’humidification (Figure I.2). Initialement, les fils chauffants étaient réutilisables et

devaient être introduits dans les circuits, puis des circuits à usage unique intégrant ces fils

chauffants ont rendu leur utilisation plus facile.

Les humidificateurs de première génération que nous avons testés (Cascade 1 et 2,

Puritan Benett ; Aquapor, Drager ; Aerodyne Thermo, Hudson ; MR 450, Fisher&Paykel)

fonctionnent soit avec le principe « bubble-through » soit avec celui du « pass-over ». Le

réglage concernait soit l’intensité de chauffage de la plaque chauffante avec un contrôle de la

température en Y, soit la température à la pièce en Y avec un rétrocontrôle entre la

température à la pièce en Y et l’intensité de chauffage de la plaque chauffante. Ces

humidificateurs chauffants ne permettaient pas l’utilisation de fils chauffants le plus souvent.

Les humidificateurs de dernière génération testés à Henri Mondor (MR730, MR870,

Fisher&Paykel ; Conchaterm IV, Hudson ; Aerodyne Ultratherm Kendall) fonctionnent selon

un système « passover » avec parfois certaines variantes. En particulier, les systèmes

Conchatherm et Ultratherm utilisent un papier imbibé pour augmenter la surface d’échange.

Le système HC 200 de Grundler médical fonctionne selon un principe différent. Le gaz passe

à contre-courant de l’eau chauffée à 37°C dans un maillage permettant une large surface

d’échange entre l’eau et le gaz (Figure I.2) [104].

Système de compensation:

Ce système a été développé pour tenter d’éviter le problème de sous-humidification

des gaz lié au système de régulation basé sur la température de sortie de chambre. Il est

actuellement utilisé avec le MR850 (Fisher&Paykel). Dans certaines situations, lorsque la

température du gaz à l’entrée de la chambre est déjà élevée, l’énergie nécessaire (fournie par

la plaque chauffante) pour amener le gaz à la température de consigne est peu importante et la

plaque chauffante va chauffer insuffisamment. En effet, le rétrocontrôle de base ne tient pas

compte de l’énergie nécessaire pour chauffer et humidifier le gaz, mais tient seulement

compte du réchauffement du gaz. Pourtant, il faut de l’énergie pour réchauffer le gaz et

surtout beaucoup d’énergie pour l’humidifier.

L’énergie de la plaque chauffante (chauffée entre 50 et 75°C) est utilisée en plusieurs

points de l’humidificateur. Cette énergie sert (i) à réchauffer l’eau par conduction et

convection, (ii) à vaporiser l’eau (changement d’état de l’eau en vapeur d’eau et accumulation

d’énergie sous forme de chaleur latente ou enthalpie), (iii) à réchauffer l’air par conduction au

contact de l’eau chaude et par convection et (iv) aux échanges thermiques entre l’air de la

chambre d’humidification et l’air ambiant.

23

Le système de compensation prend en compte ces différents aspects et est basé sur le

calcul de l’énergie nécessaire pour réchauffer ET humidifier un certain volume de gaz en un

certain temps, cette donnée est exprimée en Watt/L/min. Ce calcul nécessite de connaître la

ventilation/minute, la température de la chambre et de la plaque (qui reflète l’énergie délivrée)

qui sont mesurées en continu par l’humidificateur.

Dans la configuration “invasive” si l’énergie délivrée est inférieure à 2,3W/L/min

pendant plus de 10 minutes, l’algorithme va entraîner une augmentation de la température de

sortie de chambre de 0,5°C (passage de 37 à 37,5°C). Si l’énergie délivrée reste inférieure à

2,3W/L/min au cours des 10 minutes suivantes, la température cible de sortie de chambre va

augmenter de 0,5°C, et ce progressivement jusqu’à 42°C. La température de consigne ne

redescendra que si l’énergie délivrée est au dessus de 2,5W/L/min pendant 10 minutes, avec

la même décroissance progressive de 0,5°C.

Dans la configuration “non invasive” si l’énergie délivrée est inférieure à 1,7W/L/min

pendant plus de 10 minutes, l’algorithme va entraîner une augmentation de la température de

sortie de chambre de 0,5°C (passage de 31 à 31,5°C). Si l’énergie délivrée reste inférieure à

1,7W/L/min au cours des 10 minutes suivantes, la température cible de sortie de chambre va

augmenter de 0,5°C, et ainsi de suite progressivement jusqu’à 34°C. La température de

consigne ne redescendra que si l’énergie délivrée est au dessus de 1,9W/L/min pendant 10

minutes, avec la même décroissance progressive de 0,5°C.

Il existe plusieurs défauts à ce système qui peuvent entraîner une sous- ou une

surestimation de l’énergie nécessaire. L’algorithme ne tient pas compte de la température

ambiante ni de l’humidité du gaz moteur. Pourtant, le gaz peut avoir un contenu en eau très

différent s’il provient des gaz médicaux décomprimés (ventilateur de réanimation ou

ventilateur à turbine avec une FiO2 proche de 100%) ou s’il vient majoritairement de l’air

ambiant en cas d’utilisation d’une turbine avec une FiO2 basse. Par ailleurs, les capteurs de

température peuvent être défaillants s’ils sont mouillés. Cela peut arriver lorsque la

condensation présente dans le circuit inspiratoire est vidée dans la chambre d’humidification

comme cela est recommandé par le fabricant.

24

I.2.b Filtres humidificateurs [105]

Les filtres humidificateurs (appelés aussi « nez artificiels » ou échangeurs de chaleur

et d’humidité) sont des systèmes d’humidification passive. Le fonctionnement des filtres

humidificateurs est basé sur la récupération de l’humidité et la chaleur latente contenue dans

le gaz expiré par le patient pour lui restituer lors de l’inspiration suivante. L’air expiré par le

patient entre en contact avec une surface plus froide au niveau de l’échangeur, la vapeur d’eau

se condense en partie et libère ainsi de la chaleur. L’air inspiré va se réchauffer et s’humidifier

en traversant l’échangeur.

Le plus souvent, les filtres humidificateurs comprennent soit un élément

électrostatique et/ou un composant hydrophobe (fibres de céramique, fibres de verre) pour la

partie de filtration anti-microbienne. Ils possèdent également, à un certain degré, des

propriétés d’humidification et un support hydrophile (papier, mousse) avec l’incorporation de

sels hygroscopiques (chlorure de calcium le plus souvent, de lithium, ou de magnésium).

I.2.c Filtres « actifs »

Il existe également des filtres humidificateurs dits « actifs » dont le fonctionnement est

hybride avec une partie de l’humidité délivrée au patient dépendant du contenu en eau du gaz

expiré par le patient et une partie provenant d’un apport d’eau externe, non dépendant du

patient. Ce type de filtre a été décrit pour la première fois en 1992 par Kapadia et al. [106].

Plusieurs types de filtres actifs existent. Le Booster™ est placé entre le filtre humidificateur et

le patient. Une pièce métallique est recouverte d’une membrane et l’apport d’eau externe est

passé entre la membrane et la pièce chauffante (Figure I.4). La membrane faite de Gore-

Tex™, permet le passage de la vapeur d’eau. Ce système peut être utilisé avec n’importe quel

filtre humidificateur dans le but d’en améliorer les performances [107]. Ce système a été

commercialisé par Gibeck, Tomtec et Médisize. Un autre système, l’Humid-Heat™ est basé

sur le même principe, avec une pièce chauffante entourant un filtre humidificateur de forme

adaptée, avec également un apport d’eau supplémentaire (Figure I.4) [108]. Un troisième filtre

« actif » a été décrit, le « performer », fonctionnant sur le même principe [109]. Dans tous les

cas, un élément chauffant est rajouté à un filtre humidificateur et il existe un apport externe

d’eau.

25

Figure I.4 : Principes de fonctionnement des filtres actifs. Les filtres actifs fonctionnent avec un apport d’eau externe et un apport d’énergie externe. Ils peuvent s’utiliser soit avec plusieurs types de filtres humidificateurs (Booster) (A) soit avec un seul modèle de filtre humidificateur adapté (Humid-Heat) (B). Dans les deux cas, un capteur de température est prévu. Avec le modèle B, il faut également régler la ventilation/minute du patient pour ajuster l’apport externe d’eau et d’énergie.

Pièce chauffanteFiltre humidificateur

Sonde de températureApport externe d’eauRéglage ventilation minute

Contrôle température

A

B

26

I.2.d Systèmes d’humidification dans la littérature

La littérature sur les systèmes d’humidification est très riche. Elle comprend des

études comparatives des systèmes d'humidification sur leurs capacités à réchauffer et à

humidifier les gaz insufflés (Table I.1), sur les risques de pneumopathie acquise sous

ventilateur avec les deux systèmes, sur leurs effets mécaniques (résistances et espace mort),

sur les coûts des différents systèmes et également sur la durée d’utilisation pour les filtres

humidificateurs.

Concernant les propriétés d’humidification, les humidificateurs chauffants sont

souvent considérés comme étant plus efficaces. Certains auteurs [11-15, 95] ont mis en

évidence une fréquence plus élevée d'obstruction des sondes d'intubation avec les filtres. Il

s’agissait toujours de filtres hydrophobiques ayant des performances d’humidification

insuffisantes (environ 21 mgH2O/L selon la référence [110]) qui ne devraient plus être utilisés

pour des ventilations de longue durée. Ceci est généralement vrai pour la plupart des filtres

hydrophobiques. Il a pourtant été montré récemment que certains filtres hydrophobiques

avaient des performances équivalentes aux filtres mixtes (hydrophobiques et hygroscopiques)

[99, 111]. Avec des filtres de dernière génération, plus performants, la fréquence des

occlusions de sondes avec les filtres est bien moindre [112-116].

En revanche, reste le problème, moins grave pour les patients, des obstructions (ou

occlusions partielles) des filtres par des sécrétions. Lorsque les filtres étaient surélevés au

dessus de la sonde d’intubation pour limiter le passage des sécrétions dans le filtre, ce risque

était de 10% dans l’étude de Ricard et al. malgré une durée d’utilisation prolongée des filtres

jusqu’à 7 jours [115]. Lorsqu’aucune précaution n’était prise, le remplacement des filtres

secondaires à une obstruction du filtre était de 15% dans l’étude de Kollef et al [117] où les

filtres étaient utilisés 7 jours. Dans l’étude de Davis et al. où il n’y avait pas non plus de

précaution spécifique, la fréquence de ces occlusions partielles était de 3% lorsque les filtres

étaient changés toutes les 24 heures et de 9% lorsque les filtres étaient changés tous les 5

jours [111]. Il est néanmoins difficile de comparer les résultats de l’étude de Davis avec les

études de Kollef et Ricard étant donnée la durée d’utilisation différente des filtres dans ces

études. Autre donnée intéressante de l’étude de Davis et al., les résistances de 12 filtres

partiellement occlus ont été mesurées [111]. Celles-ci passaient en moyenne de 1,1 avant

utilisation à 2,8 cmH2O/L/sec. Les résistances les plus élevées concernaient deux cas

d’occlusions partielles par des sécrétions hémorragiques où les résistances passaient de 0,85

avant utilisation à 5, 8 cmH2O/L/sec.

27

Dans la littérature, les cas d’occlusions de sondes avec les humidificateurs chauffants

sont plus rares qu’avec les filtres hydrophobiques [11, 13, 16, 116, 118, 119]. En revanche, si

l’on exclut les études concernant le filtre BB2215, le nombre d’occlusions était légèrement

plus faible avec les filtres (Tableau II.7, page 121). Dans les études ayant rapporté des

occlusions de sonde avec les humidificateurs chauffants, il s’agissait le plus souvent

d’humidificateurs chauffants avec fils chauffants [16, 116, 118]. A l’inverse des filtres, les

humidificateurs chauffants de dernière génération semblent avoir des taux d’occlusions plus

importants qu’avec les humidificateurs de génération précédente [16, 116]. Dans l’étude de

Jaber et al, comparant l’évolution du diamètre interne des sondes d’intubation par la méthode

acoustique entre les humidificateurs chauffants avec fils chauffants et des filtres mixtes

(hydrophobiques et hygroscopiques), les occlusions de sondes étaient de 2/34 (5,8%) avec les

humidificateurs et de 1/26 (3,8%) avec les filtres [16]. Avec un plus gros collectif de patients,

dans l’étude publiée par Lacherade et coll. où le taux de pneumopathies acquise sous

ventilation était comparé entre les filtres humidificateurs et les humidificateurs chauffants de

dernière génération avec fils chauffants, les occlusions étaient plus fréquentes avec les

humidificateurs chauffants qu’avec des filtres mixtes sans que cette différence ne soit

significative néanmoins. En effet, la fréquence des obstructions de sonde était de 1/185 dans

le groupe des filtres (0,5%) et de 6/184 dans le groupe humidificateur chauffant (2,7%)

(P=0,12) [116]. Une autre étude a rapporté 7 cas d’occlusions de sonde avec des

humidificateurs chauffants avec fils chauffants (MR 600). Les auteurs déclarent dans ce

papier ne plus avoir de problème d’occlusion après un retour aux humidificateurs chauffants

sans fils chauffants [118].

Concernant les risques infectieux, la réduction de la condensation dans les circuits

avec les filtres humidificateurs et les propriétés antibactériennes des filtres ont amené l’idée

que le risque infectieux pouvait être moindre avec ces systèmes. Pourtant, la voie de

colonisation principale des voies aériennes est en rapport avec les micro-aspirations d’origine

gastrique ou oro-pharyngée autour du ballonnet de la sonde d’intubation [67, 120-122]. Le

taux de colonisation des circuits des ventilateurs est moins important en cas d’utilisation des

filtres antibactériens par rapport aux humidificateurs chauffants mais sans effet sur la

fréquence des pneumonies acquises sous ventilation [113, 123]. La majorité des études

randomisées contrôlées comparant le taux des pneumopathies acquises sous ventilation avec

les filtres humidificateurs ou les humidificateurs chauffants n’ont pas montré de différence

[12, 14, 69, 113, 116, 124]. Il faut noter que seules deux études [113, 116] ont utilisé des

critères bronchoscopiques quantitatifs pour définir les pneumonies dans ces études.

28

Une seule étude a retrouvé un taux de pneumopathie acquise sous ventilation

supérieure avec les humidificateurs chauffants [125]. Dans cette étude, Kirton et al. ont

comparé le taux de pneumopathies avec un humidificateur chauffant (n=140) ou un filtre Pall

BB100 (n=140). Le taux de pneumopathies était significativement moins élevé dans le groupe

filtre 6% vs 16% dans le groupe humidificateur. Cette étude a de nombreux biais

méthodologiques. Le filtre utilisé a des performances d’humidification médiocres, ce qui peut

réduire les sécrétions bronchiques. Or, le diagnostic de pneumopathie étant fait sur un score

clinique et la culture des aspirations trachéales, la sècheresse des sécrétions a pu réduire

artificiellement le taux de pneumopathies acquises sous ventilation. D’ailleurs, le taux de 6%

est inhabituellement bas en comparaison avec les taux habituellement retrouvés en particulier

dans cette population de patients polytraumatisés.

Une autre étude a montré un taux de pneumopathies acquises sous ventilation plus

important dans le groupe filtre humidificateur [126]. Dans cette étude, le taux de

pneumopathies était de 15,7% dans le groupe humidificateur vs 39,6% dans le groupe filtre ce

qui est inhabituellement haut. Les autres études n’ont pas trouvé de différence significative

entre les filtres et les humidificateurs chauffants pour la fréquence des pneumopathies

acquises sous ventilateur. Pourtant, deux méta-analyses ont montré une augmentation du

risque de pneumopathies avec les humidificateurs chauffants [127, 128], mais ces méta-

analyses ne prenaient pas en compte l’étude de Lacherade et al, la plus importante en ce qui

concerne le nombre de patients et qui ne retrouvait pas de différences, ni celle de Lorente qui

retrouvait un taux de pneumopathies plus élevé dans le groupe filtre humidificateur.

Concernant la comparaison des effets mécaniques des filtres humidificateurs et des

humidificateurs chauffants, toutes les études sont concordantes. Il faut distinguer les effets

chez les patients en ventilation spontanée et ceux en ventilation contrôlée. Dans le premier

cas, les études ont montré que l’utilisation d’un filtre humidificateur augmentait la ventilation

minute, diminuait la ventilation alvéolaire [4, 129-131] et augmentait le travail respiratoire

[132, 133]. Ces auteurs estiment qu’il faudrait augmenter le niveau d’aide inspiratoire de 5 à

10 cmH2O pour compenser l’effet de l’espace mort des filtres. Certains auteurs proposent de

ne pas utiliser les filtres pour le sevrage des patients BPCO [134]. Pourtant, si l’on compense

pour l’espace mort, il n’y a actuellement pas d’argument clair empêchant l’utilisation des

filtres au cours du sevrage chez ces patients.

Au cours de la ventilation contrôlée, c’est plus une diminution de la ventilation

alvéolaire qui domine [4-8, 135]. En particulier, au cours du SDRA, l’effet espace mort du

filtre est plus important en raison de l’utilisation de faibles volumes courants et compte tenu

29

de fréquences respiratoires élevées, cet effet est répété plus souvent. De façon intéressante,

Moran et al ont montré que chez des patients ayant un SDRA, l’utilisation d’un

humidificateur chauffant au lieu d’un filtre, permettait de diminuer le volume courant pour

une même PaCO2, ce qui permettait de baisser la pression de plateau de 4 cmH2O [7].

Parmi les caractéristiques mécaniques des filtres et des humidificateurs, c’est la

différence d’espace mort plus que la différence des résistances qui est à considérer. Dans les

premières études, les filtres avaient des résistances plus élevées ainsi qu’un espace mort plus

élevé [130, 131, 133]. Dans les études les plus récentes, les humidificateurs utilisés étaient des

humidificateurs de dernière génération avec un fil chauffant dans le circuit inspiratoire [4,

132]. Dans ce cas, les résistances sont au moins équivalentes voire supérieures à celles de la

plupart des filtres (soit de 2,5 à 3 cmH2O/L) [136] (Tableau IV.1, page 154). Les différences

existantes sont donc principalement liées à la différence de l’espace mort.

Malgré cette accumulation d’études montrant l’impact du système d’humidification

sur le profil respiratoire au cours de la ventilation assistée, les modifications de pratiques ne

semblent pas encore être rentrées dans la pratique. Dans un enquête récente sur le sevrage de

la ventilation mécanique réalisée au Canada, le niveau d’aide inspiratoire le plus utilisé au

cours des tests de ventilation spontanée était de 5 à 7 cmH2O que le système d’humidification

utilisé soit le filtre humidificateur ou l’humidificateur chauffant [137]. Dans la conférence de

consensus de la société de réanimation de langue française sur le sevrage de la ventilation

mécanique [138], il est recommandé de réaliser le test de ventilation spontanée soit avec une

pièce en T soit en aide inspiratoire à 7 cmH2O et d’augmenter ce niveau d’aide inspiratoire en

cas d’utilisation d’un filtre humidificateur. En revanche lors de la dernière conférence de

consensus sur le sevrage, il n’est pas fait référence au système d’humidification utilisé pour le

niveau d’aide inspiratoire utilisé [2]. Le système automatisé de sevrage (SmartCare™) tient

compte du système d’humidification utilisé pour le niveau d’aide inspiratoire minimum utilisé

lors des tests de ventilation spontanée en aide inspiratoire: avec un filtre humidificateur, le

niveau d’aide minimum est de 12 cmH2O, et avec un humidificateur chauffant, de 7 cmH2O

[139, 140].

Plusieurs études ont évalué les coûts des différents systèmes d’humidification [13, 69,

112-115, 117, 119, 123, 141]. Les études exhaustives sont difficiles à réaliser et doivent

prendre en compte, (i) les coûts des dispositifs et des circuits, (ii) les coûts humains : temps de

montage des humidificateurs, temps pour changer les filtres, pour vider les pièges à eau pour

les humidificateurs sans fils chauffants, (iii) et des coûts divers : nettoyage, stockage et

maintenance des humidificateurs, eau utilisée pour les humidificateurs, pièges à eau …

30

La plupart des évaluations ont montré que les coûts associés aux humidificateurs

chauffants sont beaucoup plus importants en comparaison avec les filtres humidificateurs.

Branson et al ont comparé les filtres humidificateurs, les humidificateurs chauffants avec et

sans fils chauffants [69]. Dans cette étude, l’utilisation des humidificateurs chauffants sans

circuit chauffant entraînait une surcharge de travail en rapport avec les pièges à eau qui

devaient être vidés en moyenne 9 fois par 24 heures, procédure dont la durée était évaluée en

moyenne à 5 minutes. C’est donc 45 minutes par jour qui étaient consacrées à vider les pièges

à eau avec ce système. Le coût d’utilisation des humidificateurs chauffants (avec ou sans fil

chauffant) était beaucoup plus important que celui des filtres dans cette étude (Tableau I.1).

De plus, au cours de cette étude, les filtres humidificateurs étaient changés toutes les 24

heures. Avec des changements plus espacés (tous les 2 à 3 jours, et jusqu’à 7 jours), les coûts

quotidien de ces dispositifs sont encore plus bas [111, 112, 114, 115, 142].

Système d’humidification Jour 1 Jour 2 Jour 3 Jour 4 Jour 5

Filtre humidificateur 5,2 4,6 4,5 4,4 4,7

HC avec circuit chauffé 30,2 16,1 12,6 9,9 9,0

HC avec circuit non chauffé 27,8 21,7 19,6 18,6 18,0

Tableau I.1 : coût quotidiens des différents systèmes d’humidification en Dollar US (selon la référence [69]).

La durée d’utilisation des circuits des ventilateurs était de 24 heures jusqu’à l’étude de

Craven [143] qui remit en cause cette pratique. D’autres études ont suivi et ont montré que le

changement espacé et même l’absence de changement pour un même patient entraînait une

réduction des coûts et surtout du taux de pneumopathies acquise sous ventilation [144-148],

ce qui allait à l’encontre de l’idée généralement admise. La question de la durée d’utilisation

des filtres suit le même chemin, mais la crainte de l’utilisation prolongée des filtres reposait

plus sur les risques de moins bonne performance d’humidification et sur le risque

d’augmentation des résistances des filtres. La majorité des fabricants recommandent un

changement des filtres toutes les 24 heures. Pourtant de nombreuses études plaident pour des

durées d’utilisation supérieures à 24 heures [99, 100, 111, 112, 114, 115, 117, 149-151], voire

jusqu’à 7 jours [100, 115, 117]. En cas d’utilisation prolongée, les performances

d’humidification sont peu modifiées avec les filtres les plus performants, avec la seule

exception concernant les résultats retrouvés par Ricard et al. qui ont montré chez 3 patients

BPCO sur les 10 inclus dans cette étude, une réduction avec le temps de l’efficacité des filtres

humidificateurs avec une humidité absolue inférieure à 27 mgH2O/L (avec un minimum de

31

24,9 mgH2O/L chez un patient à J5) après plusieurs jours d’utilisation [115]. Néanmoins, chez

les 23 autres patients non BPCO inclus et la majorité des patients BPCO, les valeurs

d’humidité absolue mesurées quotidiennement restaient stables au cours des 7 jours

d’utilisation. De même aucune obstruction de sonde n’est survenue avec cette pratique. Dans

cette même étude, les résistances des filtres n’étaient pas modifiées de manière significative

après utilisation [115].

En plus de la durée d’utilisation d’un même filtre, s’est posée la question de la durée

maximale d’utilisation de ce système d’humidification chez des patients ayant une ventilation

prolongée. Branson et al ont proposé un algorithme qui limitait à 5 jours au maximum

l’utilisation de filtres humidificateurs [123, 152], avec leur remplacement par un

humidificateur chauffant après cette durée, sans que cela ne s’appuie sur des données précises.

De nombreuses études ont bien montré qu’une utilisation prolongée des filtres

humidificateurs n’entraînait pas de risque particulier pour les patients [113, 116, 153]. En

particulier dans l’étude de Lacherade et coll, qui comparait les filtres et les humidificateurs

chauffants sur le taux de pneumonies acquises sous ventilation, les durées d’utilisation étaient

de 2 semaines en moyenne dans le groupe filtre (n=185) sans que des problèmes spécifiques

aient été notés [116]. Une seule occlusion de sonde d’intubation était notée dans le groupe

filtre contre 6 dans le groupe humidificateur chauffant (P=0.12).

Enfin, plusieurs études ont également évalué les résistances des filtres

humidificateurs [115, 154-162]. Ces résistances étaient considérées comme négligeables en

particulier en comparaison avec la résistance des sondes d’intubation. Une étude a montré

l’absence d’impact des filtres sur la PEP intrinsèque chez des patients BPCO [163]. De même

plusieurs études ont mesuré les résistances des humidificateurs chauffants [164, 165]. Les

valeurs des résistances étaient relativement basses (inférieures à 1,5 cmH2O à 1L/sec) lorsque

l’humidificateur était étudié seul (sans le circuit) et en cas d’utilisation de circuits sans fils

chauffants. L’ajout du circuit avec le fil chauffant dans la lumière augmente beaucoup les

résistances totales des humidificateurs chauffants avec leur circuit (supérieures à 3 cmH2O à

1L/sec) (Tableau IV.1, page 154) [136]. Les nouveaux circuits ayant le fil chauffant

directement intégré dans la lumière pourraient avoir des résistances plus basses. Selon les

données du fabricant, les résistances totales de l’humidificateur HC 200 (Gründler medical)

avec le circuit (fils chauffants dans la paroi du circuit) sont inférieures à 2 cmH2O à 2 L/sec.

32

I.3 Questions de recherche – objectifs de cette thèse.

I.3.a Performances des systèmes d’humidification

I.3.a.1 Ventilation invasive

Au cours de la ventilation invasive, il est admis depuis longtemps que les gaz délivrés

au patient doivent être réchauffés et humidifiés (Figure I.1, page 15). Il existe des données

concernant les évaluations des performances hygrométriques et des résistances des filtres

ainsi que des évaluations des humidificateurs chauffants. Mais ces données sont peu

nombreuses, en particulier avec les systèmes les plus récents. Par ailleurs, les données ont été

réalisées avec différents méthodes de mesures hygrométriques ce qui rend difficile les

comparaisons.

Par ailleurs, les systèmes récents utilisés pour l’humidification des gaz ont été évalués

la plupart du temps par le fabricant. Compte tenu du conflit d’intérêt existant, la réalisation

des ces tests devrait également être réalisée de façon indépendante. En effet, de nombreuses

variables peuvent influencer les mesures d’hygrométrie (volumes courants, ventilation

minute, débits de pointe, type de gaz moteur, température ambiante, type d’hygromètre

utilisé) sans que cela soit toujours rapporté lors de la présentation des performances dans les

brochures des fabricants. Même si des efforts ont été réalisés pour harmoniser les évaluations

des systèmes d’humidification, les tests réalisés de façon indépendante restent nécessaires

[20]. Le laboratoire de recherche sur la ventilation artificielle du service de réanimation de

Créteil, en collaboration avec le Groupe de Travail sur les Respirateurs de l’AP-HP a

développé des tests pour l’évaluation des ventilateurs et à la suite l’évaluation plus large du

matériel de réanimation présenté aux appels d’offre de l’AP-HP. C’est pourquoi nous avons

développé ce secteur d’expertise et avons réalisé un protocole d’études sur banc des systèmes

d’humidification active aussi bien que passive. Les protocoles d’études sur banc

(performances hygrométriques et résistances de ces systèmes) ainsi que les principales études

réalisées seront présentés dans cette thèse. Des données cliniques pour compléter les résultats

sur banc ont été réalisées quand cela a été possible.

Les systèmes d’humidification utilisés au cours de la ventilation mécanique se sont

améliorés techniquement au cours du temps. En particulier, l’évolution la plus récente a été

l’utilisation de fils chauffants dans le circuit inspiratoire ce qui constituait une avancée

théorique sur plusieurs plans. D’une part, cela devait permettre de ne plus avoir de

condensation dans les circuits, et par conséquent, de ne plus utiliser les pièges à eau. En effet,

ces pièges a eau qui devaient être vidés toutes les 2 heures environ entraînaient une surcharge

de travail ainsi qu’un risque infectieux important [67, 69]. D’autre part, l’utilisation des fils

chauffants avec la réduction de la condensation a permis de plus chauffer les gaz et

33

d’atteindre des niveaux d’humidification théoriques proches du niveau qui est considéré par

certains comme « idéal » d’un gaz à 37°C, saturé à 100% [166]. Une étude récemment

réalisée dans le service avait montré des résultats en faveur des humidificateurs chauffants en

comparaison avec les filtres humidificateurs, suggérant de meilleures performances

d’humidification [16]. Pourtant, malgré la réputation excellente des humidificateurs

chauffants, considérés comme les systèmes les plus performants en terme d’humidification,

certaines études ont fait état d’occlusions de sonde avec ces systèmes [118]. De même, au

sein de notre service de réanimation médicale, nous avons eu plusieurs épisodes d’occlusions

de sondes [116], et également constaté des sécrétions devenant très sèches et collantes après

quelques heures de ventilation mécanique lorsque ces humidificateurs chauffants avec fils

chauffants avaient été utilisés. Par ailleurs, les conditions locales allaient se révéler favorables

à la mise en évidence des problèmes liés à ces humidificateurs chauffants. En effet, le service

n’était pas climatisé, et plusieurs ventilateurs à turbines étaient disponibles dans le service.

L’observation clinique nous a orientés pour comprendre les mécanismes expliquant les

dysfonctions de ces humidificateurs chauffants. Les premiers cas d’occlusions sont survenus

chez des patients hospitalisés dans une unité particulièrement chaude pendant l’été, et où

plusieurs appareils étaient utilisés (hémodialyse, assistance ventriculaire externe). Compte

tenu de la survenue des occlusions principalement l’été, le rôle de la température ambiante

nous est apparu rapidement comme important. L’analyse plus rigoureuse des principes de

fonctionnement des nouveaux humidificateurs chauffants avec fils chauffants nous a

rapidement montré le point faible de ces systèmes ayant une régulation plus complexe que les

anciens systèmes sans fils chauffants. Nous avons donc décidé d’évaluer les facteurs pouvant

favoriser les dysfonctionnements des humidificateurs chauffants. Nous avons démontré que la

température ambiante ainsi que la température de sortie des ventilateurs, deux paramètres qui

conditionnent la température à l’entrée de la chambre d’humidification, pouvaient influencer

le fonctionnement des humidificateurs chauffants ayant une régulation basée sur les fils

chauffants [167].

L’ensemble des évaluations hygrométriques réalisées dans les différentes études, sur

banc et sur patients ont été réalisées avec la psychrométrie. L’intérêt de réaliser des mesures

hygrométriques avec la même technique de mesure nous a permis de faire une synthèse des

performances entre les différents systèmes d’humidification actuellement disponibles et de les

comparer aux données de la littérature et aux recommandations actuelles.

34

I.3.a.2 Ventilation non invasive et CPAP

Les questions posées par l’humidification des gaz au cours de la ventilation non

invasive sont très différentes de celles concernant les patients intubés. En effet, les voies

aériennes ne sont pas court-circuitées (Figure I.1, page 15). De ce fait, les voies aériennes

supérieures devraient pouvoir remplir leur rôle physiologique qui est de réchauffer et

d’humidifier les gaz inspiratoires. Pourtant, les conditions diffèrent fortement de la

physiologie normale pour plusieurs raisons. D’une part, les débits respiratoires sont beaucoup

plus élevés chez les patients sous ventilation non invasive que chez les sujets sains en

ventilation spontanée. Par ailleurs, les gaz délivrés par les ventilateurs (en particulier lorsqu’il

s’agit de ventilateurs de réanimation) sont souvent beaucoup plus secs (moins de 5 mgH2O/L)

que les gaz que nous respirons en respiration spontanée (10 à 15 mgH2O/L). Enfin, il est

généralement reconnu que la respiration buccale est plus souvent utilisée chez les patients

sous VNI [66], en particulier en cas de détresse respiratoire aiguë, ce qui ne favorise pas

l’humidification des voies aériennes [31, 32].

Il n’y avait que très peu de données disponibles sur les performances des différents

systèmes d’humidification au cours de la VNI. De même, les conférences de consensus [64,

65] ainsi qu’une revue exhaustive sur la VNI [66] disponibles au début des années 2000 sur la

ventilation non invasive ne s’appuyaient que sur très peu de résultats pour fournir des

recommandations. D’ailleurs, il n’y avait que peu de recommandations claires concernant

l’humidification au cours de la VNI dans ces publications. Enfin, une enquête réalisée dans le

sud de la France nous révélait des pratiques très hétérogènes, avec l’utilisation

d’humidificateurs, de filtres humidificateurs ou sans humidification dans près de 20% des cas,

le plus souvent avec des ventilateurs délivrant des gaz secs [168]. Dans l’enquête réalisée sur

l’utilisation de la VNI en France, en 2002, les filtres étaient employés dans 48% des cas, les

humidificateurs chauffants dans 19% des patients et aucun système d’humidification chez

30% des patients [169]. Pourtant plusieurs des populations concernées par la ventilation non

invasive (en particulier les patients atteints de bronchopathie chronique obstructive [22] et les

patients insuffisants cardiaques [21, 56, 170] présentent fréquemment une hyperréactivité

bronchique qui peut être majorée par l’utilisation de gaz secs [57-59]. L’utilisation de gaz

secs est parfois utilisé comme test de détection de l’hyperréactivité bronchique à la place de la

métacholine [171-174]. Il est donc impossible à accepter, chez des patients susceptibles

d’avoir une hyperréactivité bronchique d’utiliser un analogue de la métacholine. Enfin, une

des plainte les plus fréquentes des patients sous VNI est la sècheresse buccale [66], ce qui

peut limiter la tolérance des patients à la technique, facteur primordial pour son succès [169,

175].

35

De même, au cours de la ventilation non invasive à domicile chez les patients

insuffisants respiratoires chroniques, la sécheresse des muqueuses est une complication

fréquemment rapportée [176-178] et l’humidification des gaz améliore la compliance au

traitement [176].

Pour toutes ces raisons, nous pensons que l’humidification des gaz au cours de la VNI

est indispensable. Pourtant, très peu de données sont disponibles sur cette question et nous

avons réalisé plusieurs études relatives au problème en commençant par mesurer

l’hygrométrie délivrée par les différents systèmes d’humidification dans la situation

spécifique de la VNI. Nous avons donc étudié les performances hygrométriques des différents

systèmes d’humidification disponibles au cours de la VNI et de la CPAP. Au cours de la

CPAP, l’utilisation fréquente dans le service de la CPAP Boussignac [179] nous a amenés à

étudier également les systèmes d’humidification dans ce cadre. Par ailleurs, les CPAP à haut

débit étant fréquemment utilisées en pratique, nous avons complété ces données par l’étude

des systèmes d’humidification avec une CPAP à haut débit.

36

I.3.b Impact de l’espace mort des filtres humidificateurs

I.3.b.1 Ventilation invasive

Cette question n’a pas été abordée au cours de nos recherches en raison d’une

littérature abondante et concordante montrant l’impact de l’espace mort des filtres au cours de

la ventilation assistée chez les patients intubés (Tableau I.2). Ces études montraient une

augmentation du travail respiratoire, de la ventilation minute et une réduction de la ventilation

alvéolaire [4, 130-133, 180]. Par ailleurs, des données plus récentes ont montré l’impact de

l’espace mort des filtres au cours de la ventilation contrôlée, en particulier en cas d’utilisation

de petits volumes courants et de fréquence respiratoire élevée comme dans le SDRA [4-8,

135] (Tableau I.2).

Figure I.5 : Espace mort physiologique et instrumental au cours de la ventilation invasive

Espace mort thoracique ~ 75 ml [181]

Espace mort de la sonde d’intubation (pour un diamètre de 8mm) ~ 20 ml [182]

Espace mort du raccord annelé ~ 10-15ml

Espace mort du filtre humidificateur (30 à 100 ml) [Filtre Hygrobac = 95ml]

Espace mort ~ 190 ml

+ 10-15ml avec un raccord annelé

37

Tableau I.2: Impact de l’espace mort des filtres au cours de la ventilation invasive assistée et contrôlée. n : nombre de patients inclus F : Filtre ; HC : Humidificateur Chauffant VA : Ventilation Assistée ; VC : Ventilation Contrôlée ; AI : aide inspiratoire FR : fréquence respiratoire ; Vmin : Ventilation minute. SDRA : syndrome de détresse respiratoire aiguë

Etudes Méthodologie n Principales conclusions

Le Bourdelles 1996 [131]

Cross-over F (75 ml) et HC

Patients en VA: sevrage de la ventilation

15 Filtre: ↑ FR, ↑ Vmin, ↑ PaCO2

Pelosi 1996 [133]

Cross-over F (65 ml) / HC, et F (95 ml) / HC

Patients en VA: aide inspiratoire

Niveau d’AI: base, + 5 cmH2O, - 5 cmH2O

14 - Filtres (95 et 65 ml): ↑Travail respiratoire, ↑ FR, ↑

Vmin, ↑ PaCO2

- Compensation effets des filtres par

une augmentation de l’AI de + 10 cmH2O

Iotti 1997 [130]

Cross-over F (60 ml), F (100 ml) et HC

Closed-loop AI-P0.1 maintient P0.1 constante. VA

10 Filtres: ↑ AI de 2 (F 60 ml) à 5 (F 100 ml) cmH2O

pour maintenir la P0.1 constante

Girault 2003 [132]

Cross-over F (95 ml) et HC à 2 niveaux d’AI 7 et 15 cmH2O

Patients avec Insuffisance Respiratoire Chronique en sevrage. VA

11 - Filtres: ↑Travail respiratoire, ↑ FR, ↑ Vmin,

↑ PaCO2

- Compensation des effets des filtres par

une augmentation de l’AI de 8 cmH2O

Campbell 2000 [4]

Cross-over F (28 ml), F (90 ml) et HC

1 groupe pts paralysés (VC)

1 groupe pts en ventilation spontanée (VA)

11

15

- En VC: Filtres ↑ espace mort, ↑ PaCO2

- En VA: Filtres ↑ FR, ↑ Vmin, ↑ PaCO2

Prin 2002 [6]

F (100 ml) remplacé par HC quand la PaCO2 > 55 mmHg

Patients SDRA. VC

11 Diminution de la PaCO2 de 11±5 mmHg avec un HC

Prat 2003 [5]

5 Périodes consécutives avec ↓ de l’espace mort (120 à 0 ml) ...

Patients SDRA. VC

10 Diminution de la PaCO2 de 80,3±20 mmHg (120 ml)

à 63,6 ±13 mmHg (0 ml)

Moran 2006 [7]

3 Périodes consécutives:

1) F (90 ml)-Vt 2) HC-Vt id. période 1

3) HC avec ↓Vt pour obtenir la même PaCO2 qu’à la période 1

Patients SDRA. VC

17 ↓ de la PaCO2 entre périodes 1 et 2

↓ de la Pplateau de 4 cmH2O entre périodes 1 et 3

Hinkson 2007 [8]

Cross-over périodes avec espace mort de 115, 55 et 0 ml

Patients SDRA. VC et VA

7 Filtre et raccord annelés: ↑ espace mort, ↑ PaCO2

38

I.3.b.2 Ventilation non invasive.

Dans le service de réanimation médicale de l’hôpital Henri Mondor, la VNI est utilisée

depuis de nombreuses années [61]. Dans le but d’améliorer la tolérance et par là même

l’efficacité de la technique, plusieurs projets de recherche ont été centrés sur le matériel utilisé

pour la réalisation de la VNI (systèmes d’humidification, interfaces, type de ventilateurs).

Au cours de la ventilation invasive dans un mode assisté, il a été montré que

l’utilisation de filtre humidificateur entraînait une augmentation de la fréquence respiratoire,

de la ventilation/minute [4, 129-131], et une augmentation du travail respiratoire en

comparaison avec les humidificateurs chauffants [132, 133]. Dans ces études, une

augmentation 5 à 10 cmH2O était considérée comme nécessaire pour contrebalancer les effets

de l’espace mort des filtres (Tableau I.3). Au cours de la VNI, une telle augmentation de

l’aide inspiratoire ne pourrait se faire qu’au détriment du confort du patient en raison d’une

très probable augmentation des fuites et des asynchronies patients-ventilateur [183].

Figure I.6: Espace mort physiologique et instrumental au cours de la ventilation non invasive

Espace mort physiologique ~ 150 ml [181]

Espace mort des masques ~ 70 à 160 ml pour les masques bucco-nasaux usuels, près de 1000 ml pour les

masques intégraux [184]

Espace mort du raccord annelé ~ 10-15ml

Espace mort du filtre humidificateur (30 à 100 ml) [Filtre Hygrobac = 95ml]

Espace mort (ml) = 95 + 70 + 150 = 315 ml

39

Par analogie avec les données concernant les patients en ventilation invasive assistée,

les hypothèses pour l’évaluation de l’impact du système d’humidification au cours de la VNI

étaient que les filtres humidificateurs, du fait de leur espace mort, entraîneraient une

augmentation de la ventilation minute, de la fréquence respiratoire, du travail respiratoire et

une diminution de la ventilation alvéolaire.

Par ailleurs, l’espace mort total est encore plus important au cours de la ventilation

non invasive (Figure I.6). Au préalable, nous avons vérifié sur banc que les propriétés

mécaniques qui différenciaient les filtres et les humidificateurs étaient uniquement l’espace

mort et non les résistances. En effet, avec les nouveaux humidificateurs chauffants ayant des

fils chauffants incorporés dans la lumière, les résistances de ces circuits étaient au moins

identiques voire supérieure à celle des filtres (Tableau IV.1, page 154).

40

I.4 Principales techniques utilisées

I.4.a Mesures Hygrométriques. Méthode psychrométrique

Hygrométrie

Définition de l'humidité : l'humidité exprime la présence d'un mélange d'air sec et de vapeur

d'eau dans l'air ambiant. En général, quand on parle de mesure d'humidité, on fait allusion au

« taux d'humidité » exprimé en % qui fait référence à l'humidité relative. La détermination de

cette mesure est liée à d'autres grandeurs physiques, telles que la température et la pression.

Le taux d'humidité dans un volume d'air est généralement exprimé à partir d'un des

paramètres suivants (Figure I.7):

- L’humidité absolue (HA) ou contenu en eau d’un gaz qui définit la quantité d’eau sous

forme gazeuse (ou vapeur d’eau) contenue au sein d’un certain volume de ce gaz. Elle

s’exprime généralement en mgH2O/L.

- La température de rosée ou point de rosée : c'est la température à laquelle il faut refroidir, à

pression constante, une masse d'air humide pour atteindre la saturation de ce gaz en vapeur

d’eau. Lorsque le gaz est encore refroidi, la condensation apparaît. La connaissance de cette

température permet de déterminer le taux d'humidité de l'air, ceci, grâce à l'utilisation de

tables et de diagrammes comme le diagramme de Mollier (Figure I.9). Un paramètre associé à

cette notion est l’humidité absolue à saturation (HAS) (ou contenu en eau maximal) qui

correspond à l’humidité absolue ou contenu en eau lorsque le gaz est saturé en vapeur d’eau.

Cette HAS dépend de la température du gaz. Plus le gaz est chaud, plus son contenu maximal

en eau est élevé (Figure I.8) [185].

- L'humidité relative (HR) est définie comme le pourcentage d’humidité absolue (HA) par

rapport à l’humidité absolue à saturation de ce gaz : HR = (HA/HAS) x 100

Un gaz contenant de la vapeur d’eau contient une quantité d’énergie (enthalpie) ou de chaleur

latente qui va se libérer lors du passage de l’état gazeux à l’état liquide (condensation). Au

contraire, au moment de l’évaporation du gaz, de l’énergie est nécessaire et la température

diminue.

41

Figure I.7: Représentation de l’Humidité Relative (HR), Humidité Absolue (HA) et Humidité Absolue à Saturation (HAS) à différentes températures. A 17°C, le gaz est complètement saturé en vapeur d’eau, le contenu en eau (HA) est égal à l’HAS. Cette température correspond au point de rosée. En refroidissant le gaz à 10°C, il se produit une condensation. En réchauffant le gaz, le contenu en eau (HA) reste identique, mais comme le gaz peut contenir plus de vapeur d’eau à cette température plus élevée, l’humidité relative (HA/HASx100) diminue. En grisé sont représentés les volumes de vapeur d’eau par rapport au volume total de gaz. Ce volume est artificiellement séparé du reste du gaz (en blanc) qui est un volume de gaz sans vapeur d’eau.

Figure I.8: Représentation du contenu en eau de l’air, ou humidité absolue (en mgH2O/L) en fonction de sa température et de la saturation en eau du gaz. Les courbes de 25, 50 et 100% de saturation ou humidité relative (HR) sont représentées. A 100% d’humidité relative, le contenu en eau correspond au contenu maximal en eau ou humidité absolue à saturation (HAS). A 37°C, le contenu en eau du gaz est de 44 mgH2O/L à 100% d’humidité relative (gaz totalement saturé en eau), il est de 22 mgH2O/L à 50% d’HR et de 11 mgH2O/L à 25% d’HR.

30°C

HAS = 30mg/L

HA = 15mg/L

HR = 50%

Réchauffementdu gaz

37°C

HAS = 44mg/L

HR = 34%

HA = 15mg/L

17°C

HAS = 15mg/L

HA = 15mg/L

HR = 100%

Réchauffementdu gaz

Refroidissementdu gaz

10°C

HAS = 9mg/L

HA = 9mg/L

HR = 100%

Condensation

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

-60 -40 -20 0 20 40 60

Température (°C)

Hum

idit

é A

bsol

ue

(mgH

2O

/L)

37°C

44 mgH2O/L

Contenu maximal en eau ou HASHR 100%

HR 50%

HR 25%

42

Psychrométrie

Principes de la psychrométrie

La méthode psychrométrique découle de l'exploitation du diagramme de Mollier. Les

travaux de Mollier réalisés au XIXème siècle ont permis de mettre en évidence la relation entre

température et humidité relative à une pression donnée. Le diagramme directement issu de ses

recherches montre cette relation. Malgré les moyens limités de son auteur au moment de ces

recherches, le diagramme de Mollier reste en vigueur. En particulier, la méthode

psychrométrique que nous avons utilisée pour la plupart des mesures d’hygrométrie

présentées ici est basée sur ces travaux. Les diagrammes sont valables pour une pression

donnée. L'influence de la pression pour une application en milieu extérieur est minime, du fait

de la faible amplitude des variations barométriques. Ainsi les mesures à effectuer ne prennent

en compte que la température comme variable.

Figure I.9 : diagramme de Mollier Supposons qu'à une température de 25°C on ait une humidité relative de 80% (point A sur le diagramme). Si l'on abaisse la température jusqu'à 20°C, le taux d'humidité relative va augmenter et atteindre la limite de saturation, c'est à dire 100% d'humidité relative. (point B dit point de rosée). Entre A et B, seule l’humidité relative varie, l’humidité absolue ou contenu en eau ne change pas. Si la température diminue encore, le phénomène de condensation apparaît: l'humidité relative reste à 100% et c'est l'humidité absolue qui alors diminue (passage du point B vers le point C).

Il existe un grand nombre de capteurs d'humidité, reposant sur des principes très

complexes (réservé à des applications en laboratoire) comme l'hygromètre à isotopes

radioactifs, au plus simple comme l'hygromètre à cheveux, basé sur le principe de

l'allongement d'un cheveu avec l'humidité [186].

43

Le psychromètre est un des plus anciens hygromètres, inventé par Regnault, vers

1845. Son principe est basé sur le diagramme de Mollier et sur la mesure d'une différence de

température entre une sonde de température « sèche » et une sonde de température

« humide ».

Un psychromètre est constitué de deux capteurs de température identiques et ventilés

avec l'air dont on veut connaître le taux d'humidité. L'un des thermomètres, appelé

thermomètre humide, est maintenu mouillé à l'aide d'un tissu imbibé d'eau. L'autre, appelé

thermomètre sec, mesure la température de l'air. Au contact de l'air, l'eau du tissu s'évapore si

le gaz n’est pas déjà saturé en eau, ce qui provoque un refroidissement du thermomètre

humide jusqu'à une température d'équilibre. La connaissance de ces deux températures permet

de déterminer le taux d'humidité relative au moyen d'abaques, dérivés du diagramme de

Mollier.

Dans le domaine médical qui nous intéresse la psychrométrie a été utilisé dans de très

nombreuses études [20, 29, 31, 96-98, 101, 109, 110, 114, 115, 118, 187-194] et l’utilisation

de cette technique a été bien décrite [101, 115].

Deux sondes de température – une sèche et une humide – étaient placées sur la voie

inspiratoire (le plus souvent en cas de mesure de l’hygrométrie des gaz inspirés) ou sur la voie

expiratoire (pour l’étude en situation d’hypothermie). Les températures étaient mesurées et

indiquées sur un appareil (Yokogawa; Tokyo, Japan). Les températures étaient mesurées

après une période d’équilibration, allant de 15 minutes à 3 heures (lorsque les mesures

concernaient les humidificateurs chauffants avec système de compensation). La méthode

psychrométrique est basée sur la comparaison des températures sèches et humides. La sonde

sèche était placée la première (côté ventilateur) et la sonde humide, entourée d’une pièce de

tissus stérile imbibée d’eau était placée environ 1 cm en avant de la sonde sèche (côté patient)

(Figure I.10). L’évaporation sur la sonde humide dépend de l’humidité relative du gaz (plus le

gaz est « sec » ou ayant une humidité relative basse, plus l’évaporation est importante). Le

gradient de température entre les deux sondes varie de façon inversement proportionnelle à

l’humidité relative du gaz. Il n’y a aucun gradient de température entre la sonde sèche et

humide lorsque le gaz est saturé avec une humidité relative de 100%.

44

Figure I.10 : Méthode de la psychrométrie utilisée au cours des différentes études. Un séparateur de flux permet de séparer les gaz inspiratoires des gaz expiratoires grâce à des valves unidirectionnelles. Les sondes de température sèches et humides sont placées sur la voie inspiratoire (le plus souvent) ou expiratoire.

L’humidité relative (HR) est calculée en référence à un diagramme psychrométrique prenant

en compte la différence entre la température des 2 sondes [195].

L’humidité absolue à saturation (HAS) est obtenue par les formules suivantes

HAS = 16.451563 - 0.731 T + 0.03987 T2 (mg H2O/L), pour une température sèche de 24,1 à 38°C.

HAS = 6.0741 + 0.1039 T + 0.02266 T2 (mg H2O/L), pour une température sèche de 10 à 24,1°C

où T est la température de la sonde sèche.

L’humidité absolue (HA), était obtenue par la formule suivante, connaissant l’humidité

relative (HR) et l’humidité absolue à saturation (HAS):

HA = (HAS x HR)/100 (mg H2O/L).

PSYCHROMETRIESéparateur de flux

Sonde de température « humide »

Sonde de température « sèche »

Voie expiratoire

Voie inspiratoire

Connectionau patient

Pièce en Y

Valves unidirectionnelles

45

Le temps de réponse de ce psychromètre pour un gaz à une vitesse de 1 m/s a été

mesuré à 1,25 sec pour 50% de l’équilibration et de 4,1 sec pour 90% de l’équilibration de la

température. Le temps de réponse (63% du temps d’équilibre) est de l’ordre de 2 secondes

[101]. Compte tenu du temps de réponse relativement long ne permettant pas de séparer

l’inspiration et l’expiration dans les conditions de respiration habituelles, un séparateur de

flux est utilisé, permettant de séparer les flux inspiratoires des débits expiratoires (Figure

I.10). Cela permet ainsi de ne pas « contaminer » les gaz inspiratoires par les gaz expiratoires

lors de la mesure.

Les sondes de températures étaient placées sur la voie inspiratoire ou expiratoire selon

la mesure réalisée. La calibration de cet appareil était basée sur la calibration des sondes de

température. De plus, avant chaque série de mesure, les températures mesurées par les deux

sondes de température du psychromètre (avant que la sonde humide ne soit imbibée d’eau)

étaient comparées à une température étalon obtenue avec un thermomètre de haute précision

(Duotemp, F&P) placé au même niveau que les deux sondes de température. La valeur de

température la plus élevée dans la branche inspiratoire était considérée au cours de plusieurs

cycles après équilibre, ce qui constitue une variante légère dans la méthodologie par rapport à

celle utilisée dans d’autres études utilisant la psychrométrie avec la température inspiratoire

moyenne [101, 115]. En effet, les mesures de température réalisées au niveau de la pièce

séparatrice de flux pourraient très légèrement sous-évaluer les températures mesurées compte

tenu des échanges thermiques survenant lors du passage du gaz dans la branche inspiratoire

du séparateur de flux. Par ailleurs, ayant réalisé des mesures dans des conditions de

température ambiante très différentes (de 22 à 30°C), les variations de la température au cours

du cycle inspiratoire auraient pu être plus marquées en utilisant la température moyenne

plutôt que la température maximale. Finalement, en comparant nos résultats avec les autres

études ayant utilisé la méthode psychrométrique, les résultats sont très proches (± 1

mgH2O/L), même en utilisant cette variante dans la technique de mesure [110, 115].

46

Comparaison des mesures réalisées dans le service avec les données de la littérature

- Etudes utilisant la psychrométrie

Cette technique a été utilisée par de nombreuse équipes [20, 29, 31, 96-98, 101, 109,

110, 114, 115, 118, 187-194]. Les premières mesures réalisées dans le service avec le

psychromètre ont montré une reproductibilité excellente des mesures en comparaison avec des

données publiées. Par exemple, les mesures chez plusieurs patients de l’hygrométrie des gaz

inspirés avec le filtre Hygrobac DAR retrouvait des données très proches de celles déjà

publiées par une autre équipe [110, 115]. De même, au sein de notre laboratoire, la

reproductibilité des mesures réalisées pour un même système était excellente avec des écarts-

types faibles (habituellement inférieurs à 1mgH2O/L), ce qui allait se confirmer lors des

différentes études réalisées par la suite.

En comparant dans la littérature la psychrométrie avec d’autres techniques

d’hygrométrie, il apparait une bonne corrélation entre les mesures réalisées avec la

psychrométrie et celles réalisées avec d’autres techniques. Les techniques pour mesurer les

performances des systèmes d’humidification les plus souvent utilisées sont la gravimétrie,

utilisée pour des études sur banc et l’hygromètre à capacitance qui permet également de

réaliser des mesures chez les patients.

- Etudes utilisant la gravimétrie

La gravimétrie est une des techniques utilisées pour l’évaluation des systèmes

d’humidification. Une méthode a été développée et recommandée par la norme ISO 9360

[196]. Elle est basée sur des différences de poids d’un système semi-fermé sur une période

donnée (habituellement de deux heures) et évalue la perte d’eau dans le système qui

comprend : un poumon moteur, le système d’humidification à tester [154, 193, 197-201] et un

modèle simulant un patient avec un gaz expiratoire saturé (Figure I.11). Les résultats sont

habituellement exprimés en mgH2O/L de pertes d’eau/heure. Connaissant la valeur de

l’humidité expirée, et la ventilation minute, il est possible de déterminer l’humidité absolue

du gaz délivré.

47

Figure I.11: méthode de mesure de l’hygrométrie selon la norme ISO 9360 [154]

Cette méthode est beaucoup utilisée par les fabricants pour tester les systèmes

d’humidification sur banc. La limitation majeure de cette technique est qu’elle ne peut pas

être utilisée directement avec des patients. L’autre limitation est qu’elle nécessite du matériel

de haute précision pour la pesée du système et pour les mesures des volumes inspirés et

expirés à différents niveaux de température et d’humidité. L’étude de Branson et Davis est la

plus exhaustive parmi celles ayant utilisé cette technique [154]. Ces auteurs ont évalué avec la

méthode gravimétrique selon la norme ISO 9360 les performances de 21 filtres

humidificateurs. Il est possible de faire la comparaison avec notre étude sur banc (étude 3)

pour 4 filtres testés dans les mêmes conditions de ventilation (Vt 500 ml, FR 20/min). La

plupart des autres filtres humidificateurs étaient soient plus anciens, soit avec une appellation

ne permettant pas de faire l’identification avec certitude (filtre « Intersurgical » et « Pall »

dans l’étude de Branson et Davis).

Humidité Absolue (mgH2O/L) Hygrobac Hygrobac S Hygroster Sims Portex 1200

Branson 1996 [154] 32,5 29,6 33,2 27,2

Evaluation AP-HP (étude 3)

31,7 31,2 30,7 27,8

Tableau I.3: comparaison des résultats obtenus pour des filtres identiques avec la technique gravimétrique et la technique psychrométrique (étude 3)

Les différences de mesures sont les plus importantes avec l’Hygroster (- 7,5%), mais

restent faibles, pour les autres filtres humidificateurs, les différences sont minimes : Hygrobac

(- 2,5%), Hygrobac S (+ 4,2%), Portex 1200 (+ 0,2%). Le principal avantage de la

psychrométrie est de pouvoir utiliser la même technique chez les patients et sur banc.

Humidificateur

chauffant

Balance de précision

Valves unidirectionnelles Filtre à tester

Contrôle de la température à 34°C

Rétrocontrôle sur l’humidificateur

chauffant

Ventilateur moteur3 réglages (FR, Vt)

20x500

10x1000

20x1000

Ballon test

Gaz « expiratoire » à 37,6 mgH2O/L

48

- Etudes utilisant l’hygromètre à capacitance

Cet hygromètre a été décrit pour cet usage d’évaluation des systèmes d’humidification en

1983 par Tilling [202]. Le capteur est un fin film polymère avec des électrodes positionnées

de chaque côté. En fonction de l’humidité relative, la vapeur d’eau est absorbée sur le film

polymère, ce qui en modifie sa capacitance. Ces hygromètres ne sont habituellement pas

onéreux. Leur principal défaut est d’avoir une dérive significative, ce qui oblige à refaire

souvent la calibration. Par ailleurs, compte tenu de temps de réponse très rapides, les valeurs

données (maximum, minimum et valeur moyenne) rendent l’analyse des résultats difficile.

Cet hygromètre a été utilisé par quelques équipes [98, 111, 142, 149, 151], mais les résultats

sont difficiles à comparer avec les autres techniques d’hygrométrie compte tenu de la réponse

rapide de cet hygromètre, les valeurs d’humidité absolue étant donnés en maximum,

minimum ou moyenne (Tableau I.4). Il semble que la valeur moyenne est celle qui se

rapproche le plus des données psychrométriques, sauf dans le cas du Pall-Ultipor utilisé dans

l’étude de Martin et al. [98].

Tableau I.4: comparaison des résultats obtenus pour des filtres identiques avec un hygromètre à capacitance et la technique psychrométrique (étude 3). Lorsque plusieurs mesures ont été réalisées, celles à 24 heures sont données. Pour les données provenant de l’hygromètre à capacitance, les valeurs disponibles maximales, moyennes ou minimum sont rapportées. Dans le tableau, le filtre Pall testé lors de l’évaluation AP-HP était le BB2215, dont les performances sont très proches du BB50 [110].

Humidité Absolue (mgH2O/L) Humid-Vent Light Pall-Ultipor BB50 Maxipleat

Martin [98] Moyenne : 32,9±3,1

Minimum : 29,0±5,0

Moyenne : 31,0±3,8

Minimum : 22,0±6,6

Thomachot [149] Moyenne : 29,3±3,4

Thomachot [142] Moyenne : 32,6±2,5

Boisson [151] Maximum : 34,0±2,4

Moyenne : 22,9±2,8

Evaluation AP-HP

(étude 3) 30,8±0,3 21,8±1,5 (BB2215) 20,1±0,6

49

Limites de la technique psychrométrique

La méthode de la psychrométrie a toutefois des limites qu’il faut connaître. Il est

possible que la température extérieure ait une influence sur la mesure. En effet, au niveau du

séparateur de flux, il peut exister des échanges thermiques entre le gaz passant dans cette

pièce et l’air ambiant, en particulier lorsque l’écart de température entre ces gaz est important.

Pour limiter ce phénomène, nous avons utilisé une mousse isothermique entourant le

séparateur de flux. L’utilisation de la température maximale plutôt que moyenne pourrait

aussi limiter ce phénomène. Un autre problème lié à la pièce qui sépare les gaz inspiratoires

des gaz expiratoires est celui des résistances inspiratoires et expiratoires relativement élevées.

Les résistances inspiratoires ont été mesurées à 19,6 cmH2O à 1L/s et les résistances

expiratoires à 4,8 cmH2O à 1L/s. Du fait des résistances inspiratoires, chez les patients en

ventilation en volume, les pressions de crête augmentent et chez les patients dans un mode en

pression, les volumes délivrés sont réduits lors de la mise en place de la pièce d’hygrométrie.

Dans le premier cas, il faut modifier les alarmes de pression de crête maximales et dans le

second, il faut augmenter le niveau d’assistance d’environ 5 à 10 cmH2O selon la tolérance

pour obtenir un volume courant équivalent. Du fait des résistances expiratoires, il peut exister

un risque de limitation des débits expiratoires. La durée des mesures n’excède généralement

pas 15 minutes pour atteindre l’équilibre. En pratique, nous n’avons pas eu de problème de

mauvaise tolérance au cours des nombreuses évaluations cliniques réalisées, probablement du

fait de la sélection des patients. Les patients inclus devaient avoir une stabilité respiratoire

(FiO2 ≤ 80%) et hémodynamique (adrénaline ou noradrénaline ≤ 2mg/h). Enfin, et c’est le cas

avec la plupart des techniques de mesures, il n’est pas possible d’utiliser la psychrométrie

pour évaluer les systèmes produisant des nébulisations. En effet, la psychrométrie mesure la

vapeur d’eau contenue dans un gaz alors que la nébulisation entraîne la formation de micro-

gouttelettes sous forme liquide. Ces gouttelettes mouillent la sonde sèche ce qui fausse les

mesures. Cette limite existe également avec les autres méthodes utilisant des capteurs

(hygromètre à capacitance, dewpoint…).

50

I.4.b Bancs de mesures de l’hygrométrie (pour filtres humidificateurs, filtres « actifs » et pour

humidificateurs chauffants)

L’évaluation sur banc des filtres humidificateurs et des filtres actifs nécessite de

simuler un modèle physiologique de respiration avec un gaz expiré ayant un contenu en eau

équivalent au contenu en eau d’un patient à 37°C. D’après les données de la littérature les gaz

expirés sont saturés en eau à 32°C dans la sonde d’intubation au niveau des dents [33, 34], ce

qui correspond à un contenu en eau de 34 mgH2O/L (Figure I.12). Ces valeurs d’humidité

absolue expiratoire sont concordantes avec celles retrouvées au cours de l’étude 10 pour les

patients normothermes.

Figure I.12 : Température des gaz expiratoires. D’après Dery et al [34]. En pointillés, température du gaz dans le tube endotrachéal au niveau des incisives.

Température (°C)

Humidité relative = 100%

N=10 (patients normothermes)

Température ambiante = 21±1°C

FR: 10/min

Valve Trachée Divisions bronchiquesTube trachéal

Distance (cm)

51

Les études ayant décrit un modèle équivalent avec simulation d’un gaz expiratoire ont

utilisé des gaz saturés allant de 32 à 37 °C [89, 92, 154, 193, 197-201, 203, 204].

Nous avons réalisé un banc de mesure, initialement pour l’étude des filtres dans le cadre de

l’appel d’offre de l’AP-HP (étude 3).

Figure I.13 : banc de mesure psychrométrique utilisé lors des différentes études pour l’évaluation des filtres humidificateurs et des filtres actifs Un ventilateur moteur était utilisé (Servo 900C dans le banc pour l’étude 3 l’évaluation des filtres dans le cadre de l’appel d’offre de l’AP-HP, …) avec différents réglages. Toujours en VAC, avec un débit carré de 60L/min sauf dans une étude (complément de l’étude 1, présentée en annexe où 2 débits 60 et 100L/min ont été utilisés). La fréquence respiratoire et le volume courant sont variables (étude 6 : 20x500 ml). Le but était d’obtenir des gaz expiratoires ayant un contenu en eau de 35 mgH2O/L. Les gaz expiratoires ayant ce contenu en eau étaient simulés avec un humidificateur chauffant MR730 (Fisher & Paykel) réglé à 34,5°C avec 100% d’humidité relative (humidité absolue théorique de 38,7 mgH2O/L). La température ambiante était maintenue constante entre 24,5°C et 25,5°C. Le système était installé dans un incubateur MEDIPREMA permettant de garder cette température constante. Une mousse isolante isothermique entourait le séparateur de flux pour éviter les variations de chaleur à ce niveau et la condensation dans la pièce d’hygrométrie. Pour toutes les études sur banc, le nombre de mesures réalisées pour chaque condition étudiée était prédéfini et était au minimum de 3 et jusqu’à 6. Ce banc, avec des caractéristiques très proches a ensuite été utilisé pour l’étude des filtres humidificateurs et des filtres actifs (études 4 et 5). Les variantes par rapport au banc initial sont résumées dans le tableau I.5, page 58.

T1 32.1°C

Hygromètre(PSYCHROMÉTRIE)

Filtre

antibactérienPoumon test

Valves unidirectionnelles

Filtre humidificateur à tester

Ventilateur moteur

52

L’évaluation sur banc des humidificateurs chauffants est plus facile à réaliser.

L’humidificateur chauffant à tester étant installé sur un ventilateur avec différents réglages

(Figure I.14). Le circuit du ventilateur est raccordé à la pièce en Y à un poumon test, changé

régulièrement pour éviter l’accumulation d’eau dans ce ballon. Différentes températures sont

mesurées (température ambiante, température de sortie de ventilateur, température de sortie de

chambre, température à l’Y) par un thermomètre de précision (Duotemp, Fisher&Paykel), et

les températures mesurées par l’humidificateur sont recueillies (température de sortie de

chambre, température à l’Y, température de la plaque chauffante).

Figure I.14 : banc de mesure psychrométrique utilisé lors des différentes études pour l’évaluation des humidificateurs chauffants

Ventilateur moteur

Poumon test

T1 32.1°C

Psychromètre

Humidificateur chauffant à tester

53

I.4.c Mesure des relations débit/pression des systèmes d’humidification et des circuits

Les mesures des relations débit/pression ont été réalisées en plaçant un capteur de

pression Validyne (MP45±100 cmH2O) avant le filtre et en augmentant progressivement le

débit de gaz de 0 à 2,5 L/s (Figure I.15), la pression existant après le filtre était considérée

comme égale à 0 (Pression atmosphérique). La différentielle de pression correspondait donc à

la pression mesurée avant le filtre. Pour chaque acquisition, une relation débit/pression a été

réalisée avec deux gaz différents, l’air et l’héliox (hélium 65% - oxygène 35%). La calibration

était réalisée avant chaque mesure sur des canaux différents, un pour l’air un pour l’héliox. Un

facteur correctif avait été prévu pour les mesures en héliox comme précédemment décrit [205,

206]. Les signaux des pressions ont été enregistrés sur un logiciel d’acquisition

(Acknowledge) avec une fréquence d’acquisition de 200 Hz. Les signaux analogiques

recueillis étaient convertis en signaux digitaux (MP100WS, BIOPAC Systems, Inc, Santa

Barbara, CA, USA).

Figure 1.15 : méthode de mesure de la résistance des filtres humidificateurs

Pression Débitmètre

AIRHÉLIOX

Patm=0 ∆ P

Débit 0 à 2,5 L/sec

PressioncmH2O

DébitL/sec

Temps

54

I.4.d Mesure des index de travail et d’effort respiratoire

Méthodes de mesure :

Pression œsophagienne et gastrique :

Un cathéter à double ballonnet œsophagien et gastrique (Marquat, Boissy-Saint-Léger,

France) était mis en place, par voie nasale et sous anesthésie locale après obtention du

consentement du patient. Ces cathéters comprennent deux capteurs de pression : un capteur

distal pour le recueil de la pression gastrique et un capteur situé 15 cm au dessus du capteur

distal pour la pression oesophagienne. Les signaux de pression oesophagienne, gastrique et

des voies aériennes étaient enregistrés avec un capteur de pression (MP45±2 cmH2O;

Validyne, Northridge, Calif., USA). Les débits étaient mesurés avec un pneumotachographe

Fleish n°1 connecté à un capteur de pression (MP45±2 cmH2O; Validyne, Northridge, Calif.,

USA). Les signaux de la pression des voies aériennes, œsophagienne et gastrique ainsi que les

débits ventilatoires étaient enregistrés en continu sur un logiciel d’acquisition (Acknowledge,

BIOPAC Systems, INC, Santa Barbara, CA, USA). Les signaux analogiques recueillis au

moyen des dispositifs décrits ci-dessus étaient convertis en signaux digitaux (MP100WS,

BIOPAC Systems, Inc, Santa Barbara, CA, USA) et stockés sur le disque dur d'un micro-

ordinateur. L'analyse des signaux était réalisée au moyen du logiciel Acknowledge.

Figure I.16 : méthode d'enregistrement des signaux des pressions oesophagienne et gastrique au cours de la VNI.

Pva

Débit

DébitPvaPesoPga

55

Analyse des mesures et évaluation de l'effort respiratoire :

Le régime ventilatoire (FR: fréquence respiratoire, Ti: temps inspiratoire, Te: temps

expiratoire, Ti/Ttot: rapport temps inspiratoire sur temps total du cycle, VT: volume courant,

VT/Ti: débit inspiratoire moyen) et la ventilation minute (VE) étaient déterminés à partir du

signal du débit.

Le calcul des paramètres du travail respiratoire à partir du diagramme de Campbell

(Figure I.17) était effectué à l'aide d'un logiciel (SR) conçu au laboratoire selon une

méthodologie déjà validée [207]. Les cycles artéfactés (toux, spasme oesophagien…) étaient

éliminés pour les mesures du travail respiratoire.

Le travail respiratoire (WOB) mesuré à partir du signal de pression œsophagienne et

du volume courant à l'aide du diagramme de Campbell est exprimé en J/cycle, J/min et J/L.

Malgré les précautions prises pour éviter les fuites autour du masque facial, en assurant la

meilleure étanchéité possible autour du masque et en optimisant les réglages du ventilateur,

des fuites pouvaient survenir et étaient donc prises en compte pour le calcul du travail

respiratoire qui fait intervenir les volumes. Pour cela, et en sachant que les fuites autour du

masque facial sont plus marquées lors de la phase inspiratoire, ce qui surestime les valeurs du

volume courant inspiré, nous avons calculé le travail respiratoire en appliquant un facteur de

correction au signal de débit inspiratoire. La valeur de ce facteur était obtenue en divisant la

valeur du volume minute expiré par celle du volume minute inspiré à partir du signal initial du

débit. Puis, dans un second temps, le signal de débit initial était multiplié par ce coefficient

correcteur, et ce nouveau signal de débit corrigé était utilisé pour le calcul du travail

respiratoire [206].

Calcul du travail ventilatoire

La notion de travail combine la contrainte exercée sur un système et la déformation

obtenue. Dans le système respiratoire, on admet par hypothèse que les contraintes sont

évaluées par des mesures de pression, et les déformations par des variations de volume. Le

travail est l’intégration du produit instantané du changement de volume (déplacement

élémentaire) par la pression générée par les muscles respiratoires (force appliquée). La valeur

de cette intégrale est la surface délimitée sur un diagramme pression-volume, par la courbe

P=f(V) [208].

L’unité de travail (système international) est le Joule, unité correspondant à une

pression de 10 cmH2O multipliée par un volume de 1 litre. Le travail inspiratoire est le plus

souvent exprimé par litre (J/L) ou par minute (J/min).

Pour évaluer précisément le travail fournit par les muscles respiratoires pendant

l’inspiration, il convient de soustraire l’effet d’aide à l’inspiration de la paroi thoracique. Ceci

56

peut être réalisable en prenant comme ligne de référence une droite dont la pente est égale à la

compliance pariétale. Celle-ci est mesurée de façon précise que lorsque le sujet est étudié

totalement relaxé (idéalement curarisé) et en ventilation contrôlée. Dans le cas où ceci ne peut

être réalisable, en particulier chez le sujet en ventilation spontanée, la compliance pariétale est

habituellement estimée à 4 % de la capacité vitale (CV) par cmH2O. Dans les situations où il

existe une PEP intrinsèque (PEPi), il est indispensable de considérer comme point de départ

de l’inspiration, le début de l’activité des muscles inspiratoires et non l’existence d’un débit

inspiratoire. Sur le diagramme pression-volume, le travail était calculé à partir du point

correspondant à l’activité des muscles inspiratoires liés à la pression de fin d'expiration

positive intrinsèque (PEPi).

La mesure de la PEPi était obtenue à partir du tracé de la pression œsophagienne après

correction pour l'activité expiratoire, recueillie sur la courbe de pression gastrique selon la

méthode de Lessard et coll [209]. Celle-ci consiste à prendre en compte l'activité expiratoire

des muscles abdominaux, car pendant la phase initiale de l'effort inspiratoire, alors qu’il reste

un débit expiratoire, il existe de manière concomitante une activation des muscles

inspiratoires (dépression brutale sur la courbe de Pes) et un relâchement brusque des muscles

abdominaux, visualisé par la chute brutale de la Pga. Une partie de la chute de Pes est liée au

relâchement des muscles abdominaux. La correction en rapport avec ce relâchement est

retranchée de la courbe de Pes à partir de la variation mesurée de Pga durant l'expiration.

Figure I.17 : Diagramme de Campbell utilisé pour calculer le travail respiratoire

Débit zéro

Débit zéro

CRF

Paroi

thoracique

57

L'intégrale de la pression en fonction du temps ou produit pression-temps œsophagien

(Pressure Time-Product: PTPeso) était obtenue en mesurant sur le signal de la pression

œsophagienne, l'aire entre le début de l'effort inspiratoire et la fin de l'inspiration, rapportée à

la courbe passive de la paroi (Cw) (Figure I.18). Cette valeur d’effort inspiratoire est

exprimée par cycle en cmH2O.s, et par unité de temps en cmH2O.s/min [210].

Figure I.18 : méthode de mesure de l’index d’effort : le produit pression-temps oesophagien

La courbe de pression transdiaphragmatique (Pdi) était obtenue par soustraction de

signaux de pression œsophagienne et de pression gastrique. Le produit pression-temps

diaphragmatique (PTPdi) était calculé et exprimé de la même façon que le PTPeso, à la

différence près que celui-ci n'était pas rapporté à la courbe passive de la paroi (Cw).

L'utilisation de ces derniers index (Pdi, PTP) pour quantifier l'importance de l'effort

respiratoire est complémentaire à la mesure du travail respiratoire en apportant des

informations supplémentaires. En effet, le travail respiratoire quantifie une variation

concomitante d'une pression et de volume, alors qu'un patient peut générer une pression sans

entraîner de modification de volume. Dans ce cas, la mesure du travail respiratoire a une

limite pour apprécier l'effort du patient, qui est compensée par la mesure d'index n'utilisant

que des variations de pressions, tels que les Pdi, PTPeso et PTPdi. Après exclusion des cycles

artéfactés (toux, spasme œsophagien), 10 à 20 cycles ont été utilisés pour l'analyse de chaque

condition.

58

Tableau I.5 : Synthèse des méthodologies utilisées dans les différentes études (I.4.e)

Type d’étude (banc, clinique, mixte,

sujets sains)

Ventilateurs Température ambiante

Réglages ventilateur

Système d’humidification Mesures réalisées

Etude 1 Mixte Influence Tambiante & Tvent. sur les performances des HC avec fils chauffants

Evita4/T-Bird 22-24/28-30

25x400 PEP 5 30x650 PEP 10 FiO2 21-100 % (T-Bird) et 21 % (Evita 4)

MR 730 MR 850 (Comp. 560)

Ultratherm

Psychrom. Cond.

Annexe Etude 1

Banc Influence Tambiante & Tvent sur les performances des HC de différentes générations

T-Bird 22-24/28-30

30x500 PEP 5 FiO2 100%

MR 730, MR 850 (Comp. 714),

Ultratherm, Concha IV MR450, Aquapor, Casc. I et II, Thermo

Psychrom.

Annexe Etude 1

Banc Influence Tambiante & Tvent sur les performances des HC de dernière génération

Bird/T-Bird 22-24/28-30

20x500 PEP 5 20x1000 PEP 5 FiO2 21% (Bird) et 100% (T-Bird) Débits 60-100L/min

MR 850 (Comp. 714),

HC 200 Psychrom.

Etude 2 Mixte Nouveaux systèmes de compensation. Condensation dans les circuits. Circuits exp. « poreux »

clinique clinique MR 850 (Comp. 714),

Circuits RT 200 / RT 300 Psychrom. Cond.

Etude 3 Banc Evaluation de 48 filtres humidificateurs proposés à l’appel d’offre de l’AP-HP

Servo 900C 24,5-25,5

20x500 PEP 5 FiO2 21%

48 filtres Psychrom.

Annexe Etude 3

Banc Evaluation du Booster utilisé avec 2 filtres

Servo 900C 24,5-25,5

20x500 PEP 5 FiO2 21%

Booster & Hygrobac Booster & BB100

Psychrom.

Etude 4 Mixte Influence T. ambiante et de la Ventilation minute sur les performances des filtres actifs

T-Bird 22-24 / 24,5-25,5 / 28-30

25x400 PEP 5 30x650 PEP 10 FiO2 21 et 100 %

Humid-Heat Hygrobac Hygrobac-S

Psychrom.

Etude 5 Banc Influence T.ambiante &T. ventilateur sur les performances des filtres actifs. Intérêt du circuit coaxial.

Bird/T-Bird 22-24 / 24,5-25,5/28-30 Circuit normal et coaxial

20x500 PEP 5 FiO2 21% (Bird) et 100% (T-Bird)

Booster Hygrobac Hygrobac-S

Psychrom.

Etude 6 Mixte Evolution de la résistance en air et en hélium des filtres au cours d'une utilisation de plus de 24h

clinique clinique Hygrobac, circuits, sondes d’intubation

Rés.filtres (air et héliox)

Etude 7 Clinique Influence de l’hypothermie sur les performances des systèmes d’humidification

clinique Temp.corporelle 37-33°C

clinique MR 850 Hygrobac Humid-Heat

Psychrom.

Etude 8 Sujets sains Performances des systèmes d’humidification au cours de la VNI

PB 840 T-Bird

AI 8-10 / PEP 0 FiO2 21-50% (T-Bird), et 21% (PB840)

MR 850 sans comp. Hygrobac ø humidification

Psychrom.

Etude 9 Mixte Influence Tambiante & Tvent sur les performances des HC avec fils chauffants au cours de la VNI

Evita4/T-Bird 22-24/28-30

25x400 PEP 5 30x650 PEP 10 FiO2 21-100 % (T-Bird) et 21 % (Evita 4)

MR 730 MR 850 (comp. 560)

Ultratherm

Psychrom.

Etude 10 Sujets sains Performances de différentes stratégies d’humidification au cours de la CPAP

CPAP Boussignac™ CPAP Vital Sign™

CPAP 5 CPAP 7,5 FiO2 21 & 50%

MR 850, HC 100 Humid Vent 2S ø humidification

Psychrom. Confort

Etude 11 Clinique Comparaison des filtres et des HC au cours de la VNI. Impact sur le travail respiratoire

PB 840 clinique MR 850 (comp.714) Hygrobac Hygrobac-S

Travail et profil, respiratoire

Etude 12 Clinique Comparaison des filtres et des HC au cours de la VNI. Impact sur les échanges gazeux

clinique clinique MR 850 (comp.714) Hygrobac

Gaz du sang, profil respiratoire

Etude 13 Clinique Comparaison des filtres et des humidificateurs chauffants au cours de la VNI. Etude randomisée multicentrique.

clinique clinique MR 850 (comp.714) Hygrobac

% intub., durée de séjour, mortalité

59

II. EVALUATION DES SYSTEMES D’HUMIDIFICATION AU COURS DE LA

VENTILATION INVASIVE

II.1. Performances hygrométriques

II.1.a Humidificateurs chauffants

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs

sur les Humidificateurs de dernière génération avec fils chauffants (Etude

1) [167]

Article : Lellouche F., Taillé S., Maggiore SM, Qader S., L’Her E., Deye N., Brochard L. Influence of ambient and ventilator output temperatures on performance of new heated humidifiers. Am J Respir Crit Care Med 2004 170 : 1073-1079

Introduction

L’humidification des voies aériennes au cours de la ventilation artificielle peut être assurée

par des humidificateurs chauffants, c’est même dans certaines régions la technique la plus

utilisée [211, 212]. Une étude avait rapporté des occlusions de sonde avec les humidificateurs

chauffants de dernière génération (avec fil chauffant sur la voie inspiratoire) pourtant réputés

comme le système le plus performant [118]. Nous avons constaté dans notre service de

réanimation des situations cliniques où les humidificateurs de dernière génération (avec fil

chauffant sur la voie inspiratoire) pouvaient dysfonctionner et entraîner des occlusions de

sonde [16, 116] ou un assèchement des sécrétions. Nous avons cherché à évaluer l’influence

du type de ventilateur utilisé et de la température ambiante sur le fonctionnement des

humidificateurs chauffants compte tenu des principes de fonctionnement de ces

humidificateurs qui font ressortir leur point faible en rapport avec la température d’entrée de

chambre (Figure 1 de l’étude).

Méthode

L’étude a été réalisée en deux phases : une étude sur banc puis une étude sur patient. Pour

celle-ci, le protocole avait été approuvé par le comité d’éthique de la Société de Réanimation

de Langue Française. L’entourage des patients était informé lorsque des mesures

hygrométriques étaient réalisées.

Etude sur banc : l’hygrométrie des gaz inspiratoires a été mesurée sur banc (Figure I.14, page

52) par la méthode de la psychrométrie, à l’équilibre dans différentes conditions :

1) à deux températures ambiantes : « normale » 22 à 24 °C, « élevée » 28 à 30 °C

2) avec deux ventilateurs dont la température de sortie des gaz est très différente :

Evita 4 (environ 30°C) (Dräger Medical, Lübeck, Germany) et le T-Bird (environ 40 °C)

60

(Viasys Healthcare, Conshohocken, PA) (voir tableau E1 de l’article sur le complément

online)

3) à deux niveaux de ventilation (10L/min : FR25 Vt400 et 21L/min : FR35 Vt600)

4) Plusieurs humidificateurs chauffants ont été testés : MR 730 (Fisher&Paykel), MR

850 (Fisher&Paykel) « avec compensation » (version du software 560), Aerodyne Ultratherm

(Kendall, Tyco Healthcare, Mansfield, MA). Les humidificateurs étaient réglés sur différentes

positions (température de sortie de chambre / température à la pièce en Y): F&P 730 : 40/37,

40/40, F&P 850 37/40 avec compensation, Aerodyne 37/39, 39/39.

Pour le MR 850 utilisé « avec compensation », il s’agit d’un algorithme permettant de

calculer automatiquement l'énergie nécessaire pour réchauffer et humidifier le gaz, en

fonction du débit mesuré par un capteur situé sur le circuit inspiratoire. Si l'énergie utilisée

(corrélée à la température de la plaque chauffante) est inférieure à l'énergie théorique, la

température de consigne de sortie de chambre est automatiquement augmentée par pallier de

0,5°C, jusqu’à un maximum de 40°C.

Trois mesures psychrométriques ont été réalisées pour chaque situation après 3 heures

d’équilibre, trois journées différentes.

Nous avons, au préalable, évalué l’effet de la FiO2 sur la mesure psychrométrique avec

un humidificateur chauffant réglé à 40/30, avec une température ambiante normale, et un

ventilateur EVITA 4 réglé à 10L/min de ventilation/minute. 5 mesures psychrométriques ont

été réalisées pour chaque condition. L’humidité absolue des gaz inspirés à 21% de FiO2 était

de 34.6±1.7 mgH2O/L, et 34.8±1.5 mgH2O/L à FiO2 100%, NS.

Température des ventilateurs :

Nous avons mesuré la température de sortie des gaz de 16 ventilateurs différents avec une

température ambiante variable et avec différents réglages : FR 25/min, Vt 400ml, PEP 5

cmH2O, FiO2 21 et 100% et FR 35/min, Vt 600ml, PEP 10 cmH2O, FiO2 21 et 100%. 5

mesures de température ont été prises pour chaque situation.

Les ventilateurs dont nous avons testé les température de sortie sont les suivants : Evita 4,

Evita 2, Savina, Dräger Medical (Lübeck, Germany), TBird, Vela, 8400STi, Viasys

Healthcare (Conshohocken, PA, USA), LTV 1000, Pulmonetic Systems (Minneapolis,

Minnesota, USA), Bipap vision, Respironics, (Murrysville, PA, USA), Puritan Benett 840,

Puritan Benett 760, Puritan Benett 7200, Tyco Healthcare (Mansfield, MA, USA), Servo i,

Siemens Elema (Solna, Sweden), Galiléo, Hamilton Medical (Rhäzüns, Switzerland), Horus,

Taema (Antony, France), Inspiration, eVent Medical Limited (Carlsbad, CA, USA), Elisée,

Saime (Savigny le Temple, France).

61

Etude clinique : chez 20 patients sous ventilation mécanique invasive inclus de manière

prospective, trois périodes successives de deux heures étaient réalisées : (i) humidificateur

MR 850 avec compensation activée, (ii) humidificateur MR 850 avec compensation

désactivée (iii) humidificateur MR 850 avec compensation activée. Des mesures

hygrométriques étaient réalisées à la fin de chaque période.

Résultats

Cette étude a montré que les humidificateurs chauffants "dysfonctionnent" lorsque la

température ambiante est élevée (Figure II.1) (P=0,0004). De même, avec un ventilateur dont

la température des gaz de sortie est élevée, les performances des humidificateurs chauffants

sont affectées, mais à un moindre degré (Tableau 2 de l’article) (P=0,02). Cette baisse

d’efficacité est inversement proportionnelle à la température d’entrée de chambre (Figure 3 de

l’article) et peut exposer les patients à des niveaux réels de sous-humidification des gaz

(inférieurs à 20 mgH2O/L). Ces problèmes étaient retrouvés pour les deux humidificateurs

chauffants (MR 730, Aerodyne) testés qui partagent les mêmes principes de fonctionnement.

Certains systèmes visant à compenser ces problèmes de sous-humidification évalués dans

cette étude donnaient des résultats mitigés.

La mesure des températures de sortie de ventilateurs a révélé des températures très

élevées en particulier pour la plupart des ventilateurs à turbine (Tableau II.1).

L’étude clinique chez 20 patients sous ventilation mécanique invasive confirmait des

performances d’humidification très réduites en l’absence de compensation chez certains

patients (Figure 4 de l’article).

Discussion

Cette étude a montré que les performances des humidificateurs chauffant peuvent être

altérées dans certaines situations. En particulier, lorsque la température ambiante est élevée ou

lorsque la température de sortie de ventilateur est élevée (situation fréquente avec les

ventilateurs à turbine), les performances peuvent être très diminuées (Figure II.1). L’influence

des conditions extérieures est expliquée par le système de régulation spécifique utilisé par les

humidificateurs chauffants avec un fil chauffant sur la voie inspiratoire. Cette régulation

entraîne un point faible du système : lorsque la température d’entrée de chambre est élevée, la

plaque chauffante chauffe moins, ce qui entraîne des performances moindre des

humidificateurs. C’est pourquoi il existe une forte corrélation négative entre la température

d’entrée de chambre et l’humidité absolue des gaz inspiratoires (Figure II.2). Pour les

conditions les plus difficiles (température ambiante et de sortie de ventilateur élevées), les

62

niveaux d’hygrométrie sont extrêmement faibles et expliquent les problèmes cliniques

rencontrés [116, 118]. Par ailleurs, même dans les conditions optimales (température

ambiante « normale » et température de sortie de ventilateur les plus faibles), les niveaux

théoriques d’humidité absolue de 44 mgH2O/L n’étaient jamais atteints, les niveaux

maximums atteints étaient de 36 mgH2O/L environ dans les meilleures conditions. Ces

niveaux sont tout à fait comparables à ceux retrouvés par Rathgeber qui utilisait une autre

technique de mesure de l’hygrométrie [165]. Cette étude, outre les problèmes démontrés,

démontre donc l’importance de mesures indépendantes. En effet, le constructeur annonce sur

ses publicités des niveaux de performances bien supérieures à ceux mesurés, même dans les

conditions optimales.

63

Figure II.1: Impact de la température ambiante sur les performances (humidité absolue inspiratoire) des humidificateurs chauffants avec fils chauffants. Avec le réglage standard, les performances de ces systèmes sont significativement diminuées lorsque la température ambiante est élevée en comparaison avec une température ambiante normale (barre en noire). Les réglages optimisés améliorent partiellement les performances. La ligne horizontale en pointillé représente la limite inférieure de l’humidité absolue des gaz inspiratoires recommandée pour la ventilation mécanique invasive (30 mgH2O/L).

Figure II.2: l’humidité absolue délivrée par les humidificateurs chauffants avec fils chauffants est inversement proportionnelle à la température d’entrée de chambre.

R2 = 0,93

P<0,001

10

15

20

25

30

35

40

20 25 30 35 40 45

Température d'entrée de chambre (°C)

Humidité Absolue (mgH 2O/L)

0

10

20

30

40

50

Absolute Humidity (mgH 2 O/L)

Température ambiante « normale » (22-24°C)

Température ambiante « élevée » (28-30°C)

Température ambiante « normale » (22-24°C)

Température ambiante « élevée » (28-30°C)

Réglage Standard (37/40)Sortie de chambre 37°C, Pièce en Y 40°C

Absence de gradient40/ 40°C

Compensation automatique

Réglages optimisés

NS

P=0.02P<0.001

HumiditéAbsolue (mgH

2O/L)

64

Figure II.3 a et b: Problème en rapport avec la régulation de la température de sortie de chambre. Cette température de sortie de chambre dépend beaucoup de la température d’entrée de chambre. Dans la situation favorable (à gauche), la température d’entrée de chambre est basse et le gradient entre les deux températures est de +7°C, la plaque chauffante doit donc chauffer beaucoup pour monter la température du gaz. Dans la situation défavorable (à droite), la température d’entrée de chambre est élevée et le gradient entre les deux températures est de -8°C, la plaque chauffante chauffe peu pour obtenir la température de consigne en sortie de chambre.

Ventilateurs TSV (°C) TAA (°C)

TBird 39,0±2,1 26,5±2,0

VELA 39,3±1,6 24,3±1,5

LTV1000 51,0±4,0 25,9±2,3

Savina 32,4±3,5 27,5±1,4

Elisée 50.3±5.1 26,5±1,5

Bipap vision 40,7±5,2 23,5±0,0

PB760 32,3±4,7 27,6±0,5

EVITA 4 30,1±2,7 25,0±2,1

PB 840 35,0±2,4 27,0±1,7

Servo i 29,32±1,9 25,2±1,3

Inspiration (event) 26,2±2,1 24,8±3,0

GALILEO 24,0±1,0 22,9±1,1

Horus 26,8±3,3 25,6±1,9

PB7200 31,4±1,8 25,9±1,2

Bird 8400 35,1±2,1 26,4±1,2

EVITA 2 35,0±2,2 25,5±1,3

Entrée de chambre Sortie de chambre

37°C37°C

Rétrocontrôle Rétrocontrôle

plaque chauffanteplaque chauffante

Plaque chauffante + 70°C

30 °C30 °C

TeCh

TsCh

∆ + 7°C

Entrée de chambre Sortie de chambre

37°C37°C

Rétrocontrôle Rétrocontrôle

plaque chauffanteplaque chauffante

Plaque chauffante + 50°C

45 °C45 °C

TeCh

TsCh

∆ - 8°C

Tableau II.1: Température moyennes±SD de sortie de

ventilateur des ventilateurs suivants: Evita 4, Evita 2, Savina,

Dräger Medical (Lübeck, Germany), TBird, Vela, 8400STi,

Viasys Healthcare (Conshohocken, PA, USA), LTV 1000,

Pulmonetic Systems (Minneapolis, Minnesota, USA), Bipap

vision, Respironics, (Murrysville, PA, USA), Puritan Benett

840, Puritan Benett 760, Puritan Benett 7200, Tyco Healthcare

(Mansfield, MA, USA), Servo i, Siemens Elema (Solna,

Sweden), Galiléo, Hamilton Medical (Rhäzüns, Switzerland),

Horus, Taema (Antony, France), Inspiration, eVent Medical

Limited (Carlsbad, CA, USA), Elisée, Saime (Savigny le

Temple, France)

T-Bird à Bipap vision: ventilateurs à turbine;

PB 760 : ventilateurs à piston;

Evita 4 à Bird 8400: ventilateurs de réanimation

Températures moyennes obtenues à différents réglages (10

mesures pour chaque ventilateur, 5 mesures pour le Bipap

vision).

TSV : température de sortie de ventilateurs

TAA : température de l’air ambiant

65

Article Am J Respir Crit Care Med Vol 170. pp 1073–1079, 2004

7 pages

& résultats additionnels avec données online supplément.

66

67

68

69

70

71

72

II.1.b Problèmes en rapport avec les circuits des humidificateurs chauffants

o Evaluation clinique de l’intérêt et des limites des nouveaux systèmes de

compensation pour limiter les risques de sous-humidification. Problème de

la condensation dans les circuits inspiratoires. Etude du circuit expiratoire

« poreux » (Etude 2)

Abstracts :

- Lellouche F., Qader S., L’Her E., Taillé S., Deye N., Demoule A., Fraticelli A., Brochard L. Intérêts et limites

d’un humidificateur chauffant avec compensation des risques de sous-humidification des gaz. Réanimation :

journal de la Société de réanimation de langue française 2002; 11 : 140s.

- F.Lellouche, A.Lyazidi, L.Brochard. Condensation in inspiratory and expiratory circuits of heated wire

humidifiers, evaluation of a new “porous” circuits. Am J Respir Crit Care Med 2005; 2:A 438.

Introduction

Au cours de la ventilation mécanique, les gaz délivrés au patient sont couramment

humidifiés par des humidificateurs chauffants [211, 212]. Pour limiter les complications en

rapport avec la condensation dans les circuits [67], des fils chauffants ont été ajoutés dans les

circuits inspiratoires. Dans certaines conditions, les humidificateurs chauffants avec fils

chauffants présentent un risque de sous-humidification [167]. Les gaz sous-humidifiés

peuvent entraîner une inflammation bronchique et des altérations muco-ciliaires. Des

occlusions de sondes d'intubation ont été décrites avec les humidificateurs chauffants de

dernière génération [16, 116, 118]. Après l’avoir évalué sur banc dans une précédente étude,

nous avons évalué chez des patients une nouvelle version d’un système logiciel intégré à un

humidificateur chauffant de dernière génération (MR 850, F&P, logiciel 714) qui permet de

limiter les risques de sous-humidification. Ce système est basé sur un calcul de l'énergie

théorique nécessaire pour réchauffer et humidifier un gaz, et sur l'adaptation automatique de

la température de la plaque chauffante de l'humidificateur. Avec ce nouveau logiciel,

plusieurs modifications ont été apportées, en particulier une augmentation de la température

de sortie de chambre jusqu’à + 5°C (soit jusqu’à 42°C), alors que la version précédente

n’augmentait au maximum que de + 3°C. En contrepartie, il peut exister un risque de sur-

compensation et de sur-humidification, entraînant une possible augmentation de la

condensation dans les circuits inspiratoires avec ces nouveaux systèmes de compensation.

Nous avons voulu évaluer la fréquence réelle de ce problème et rechercher les facteurs

le favorisant. Par ailleurs, nous avons évalué les propriétés du nouveau circuit expiratoire

F&P (« circuit poreux »), qui permet en théorie de réduire le contenu en eau dans le circuit

expiratoire. L’objectif de l’étude était d’évaluer ces nouveaux circuits et de rechercher si la

température ambiante pouvait influencer leurs propriétés.

73

Méthode

Nous avons réalisé cette étude en trois phases chez des patients en situation stable,

intubés et ventilés, dont les gaz étaient humidifiés par un humidificateur chauffant (MR 850,

F&P, logiciel de compensation 714).

1ère phase: intérêt de la compensation automatique

Au cours de l'été 2003 (17 juin au 23 septembre), chez des patients sous ventilation

mécanique invasive, ayant déjà un humidificateur chauffant comme système d’humidification

des gaz, stables sur les plans hémodynamiques et respiratoires, trois périodes successives ont

été étudiées:

1) Avec la compensation automatique activée

2) Sans compensation: réglages standards: 37°C en sortie de chambre d’humidification et

40°C à la pièce en Y.

3) Avec la compensation automatique activée

Après trois heures d’équilibre pour chaque période, différentes mesures ont été réalisées:

- hygrométrie des gaz inspirés mesurée par la méthode psychrométrique (humidité absolue et

humidité relative).

- températures: ambiante (TAA), à la sortie du ventilateur (TSV) et à l’entrée de la chambre

d’humidification (TECh),

- et températures mesurées par l'humidificateur chauffant: températures de sortie de chambre

(TSCh) et de la plaque chauffante (Tplaque)

2ème phase: étude de la condensation dans les circuits inspiratoires et expiratoires

Nous avons recueilli quotidiennement sur une période de 10 mois, de Juillet 2004 à

Avril 2005, l'intensité de la condensation dans les circuits bi-chauffés utilisés avec les

humidificateurs chauffants étudiés. L'échelle de condensation utilisée a été adaptée d’une

échelle déjà décrite [110] : 1=absence de condensation, 2=buée, 3=buée+rares gouttelettes,

4=quelques gouttelettes, 5=eau dans le circuit, 6=circuit rempli d’eau (plus de 50% du

diamètre du circuit).

3ème phase: étude du circuit expiratoire « poreux » RT300, F&P

Les mesures ont été réalisées sur un banc avec les deux circuits F&P : l’ancien (RT

200) et le nouveau (RT 300) selon le montage suivant (Figure II.4) : un ventilateur moteur

(Bird 8400) était connecté à un ballon, puis les gaz expiratoires passaient au travers d’un

humidificateur chauffant MR730 réglé pour obtenir une humidité absolue de 35 mgH2O/L

avant de passer dans le circuit expiratoire. L’hygrométrie des gaz était mesurée à l’entrée et à

la sortie de la branche expiratoire par la méthode de la psychrométrie.

74

Figure II.4: méthode d’évaluation des circuits « poreux ». Un gaz expiratoire est simulé et l’hygrométrie des gaz est évaluée en début � et fin � du circuit expiratoire. Ces mesures étaient réalisées avec un circuit « poreux » et un circuit standard. Les réglages du ventilateur Bird 8400 étaient les suivants : FR : 20/Min, Vt : 500 ml, Débit

inspiratoire : 60L/Min, FiO2 : 21 %, PEP : 0 cmH2O.

Le réglage de l’humidificateur chauffant/modèle patient (MR 730) : sortie de chambre 35°C -

pièce en Y 38°C, permettait d’obtenir un gaz expiratoire simulé avec une humidité absolue de

35 mgH2O/L [34].

Les mesures réalisées ont été les suivantes :

- Mesure de l’humidité relative et de l’humidité absolue de l’air ambiant,

- Mesure de l’humidité relative et de l’humidité absolue du gaz au niveau de la pièce en Y

(voie expiratoire) par la méthode de la psychrométrie et à l’entrée du ventilateur.

Les mesures ont été réalisées après trois heures d’équilibre pour chaque circuit dans deux

conditions différentes de température : entre 28 et 30°C (température « élevée ») et entre 22 et

24°C (température « normale »).

75

Résultats

Mesures hygrométriques (1ère phase) :

69 mesures psychrométriques ont été réalisées chez 23 patients consécutifs sous

ventilation mécanique. L’humidité absolue était significativement plus élevée avec le système

de compensation automatique que lorsque la compensation était inactivée (P<0,001). Chez

près de 35% des patients étudiés, en l’absence de compensation, les gaz délivrés avaient un

contenu en eau inférieur à 30 mgH2O/L (ce pourcentage s’élevait à 57% lorsque la

température ambiante était supérieure à 27°C). L’activation de la compensation permettait

d'éviter de délivrer des gaz sous-humidifiés. Les valeurs d’humidité absolue étaient plus

élevées avec le logiciel de compensation 714, en comparaison avec la précédente évaluation

réalisée sur patients avec le logiciel de compensation 560 [167] (Tableau II.2). Ceci malgré

des températures ambiantes plus élevées (27,9±2,6 vs 26,6±1,2 °C, P<0,05) et des

températures d’entrée de chambre plus élevées (32,4±2,6 vs 30,7±1,6 °C, P<0,05) lors de

cette deuxième évaluation. Le nombre de turbines était également plus élevé lors de la

seconde évaluation (39,1% vs 28,6%) (Tableau II.2).

Evaluation de la condensation (2ème phase):

Nous avons évalué quotidiennement la condensation dans 172 circuits inspiratoire et

expiratoires chez 53 patients ventilés, et tous avec un humidificateur chauffant (MR850, F&P

avec système de compensation logiciel 714). De plus, seuls les circuits RT300 (« poreux »)

ont été utilisés durant cette phase. La température ambiante médiane était de 24,6°C (24-

25,3), le maximum était de 28,7 et le minimum de 20,9°C.

Dans les circuits expiratoires, la condensation n’a jamais été mise en évidence (Figure II.7).

En revanche, dans 35% des recueils au cours de cette étude, des niveaux élevés de

condensation (5 et 6) dans les circuits inspiratoires ont été retrouvés. Ce pourcentage s’élève à

70% pour les ventilateurs à turbine (Figure II.6).

Evaluation du circuit expiratoire « poreux » (3ème phase) :

Les résultats sont présentés sur la Figure II.8.

Le contenu en eau diminuait de façon significative le long du circuit expiratoire avec le circuit

« poreux » RT300 mais ne variait pas avec les circuits standards. Cette propriété n’était pas

influencée par la température ambiante dans cette étude. Par ailleurs, la température à

l’extrémité du circuit (côté ventilateur) était plus basse avec le nouveau circuit (28,8±0,3 vs

34,4±0,7°C, P<0,01) pour des températures ambiantes « normales ».

Il est à noter que la condensation sur la voie expiratoire était toujours absente lors de

l’évaluation prospective lorsque ce circuit était utilisé (Figure II.7). En revanche, le recueil de

la condensation expiratoire avec les circuits standards n’a pas été fait.

76

Discussion

Cette étude a montré les avantages des technologies récentes utilisées avec les

humidificateurs chauffants de dernière génération (systèmes de compensation automatique et

circuits expiratoires « poreux ») ainsi que le problème toujours existant de condensation dans

les circuits inspiratoires.

Amélioration des performances du système de compensation. Le nouveau système de

compensation automatique permet d'éviter la sous-humidification des gaz dans les situations à

risque (en cas de température ambiante élevée ou en cas d’utilisation de ventilateurs délivrant

des gaz chauds comme les ventilateurs à turbine) et est plus efficace que la précédente version

(Figure II.5 et Tableau II.2).

Condensation dans les circuits inspiratoires. Il existe un risque important de

condensation dans les circuits inspiratoires malgré la présence de fils chauffants, en particulier

en cas d’utilisation de ventilateurs à turbine. Plusieurs raisons peuvent expliquer ce résultat.

L'algorithme du système de régulation automatique est basé sur l'humidification de gaz secs.

Pourtant, chez les patients ventilés avec un ventilateur à turbine, la FiO2 moyenne était de

41,6±19,1% et seuls deux patients sur 26 dans ce groupe étaient ventilés avec 100% de FiO2

lors des recueils. Le gaz moteur dans ce groupe des ventilateurs à turbine n’était pas sec, ce

qui a pu entraîner une « sur-humidification ». Un autre élément peut expliquer l’importance

du problème avec les ventilateurs à turbine. Le système de compensation se base sur un calcul

théorique pour humidifier un certain débit, qui est estimé à partir d’un débitmètre placé à la

sortie de la chambre d’humidification. Or, compte tenu de l’existence d’un flow-by élevé

(20L/min) avec ces ventilateurs, il peut exister une mauvaise estimation du débit réellement

délivré au patient. En effet, nous avons recueilli la ventilation minute des patients affichée par

le ventilateur et la ventilation minute mesurée par l’humidificateur. La différence entre les

deux débits était de +12,0±6,0 L/min avec les ventilateurs à turbines et de +1,1±4,1 L/min

avec les ventilateurs à électrovanne. Les résultats ont pu également être influencés par la

relativement basse température ambiante au cours de la phase de recueil des données.

Un autre phénomène peut entraîner la pérennisation du problème : lorsqu’il existe de

la condensation abondante dans un circuit, les infirmières vident l’eau contenue dans le circuit

dans la chambre d’humidification. Lors de cette manœuvre, la sonde de température placée à

la sortie de l’humidificateur est mouillée ce qui peut entraîner un dysfonctionnement de celle-

ci (sous-estimation de la température) et par la suite des périodes de sur-compensation

entraînant de nouveau des risques de condensation, ce qui peut alimenter le cercle vicieux de

la condensation. Enfin, nous avons constaté à plusieurs reprises une condensation abondante

lors des variations brutales de la température ambiante (ouverture des fenêtres).

77

Cette condensation dans les circuits peut avoir des conséquences sérieuses pour les

patients. D’une part, il peut exister des risques d’asynchronies patient-ventilateur liées à des

auto-déclenchements lorsque de l’eau se déplace dans le circuit inspiratoire. D’autre part, il a

été décrit des arrêts de ventilateurs en rapport avec la condensation contenue dans les circuits

[213-215]. Dans cette situation, il existe une augmentation de la résistance de ces circuits

entraînant une augmentation du travail respiratoire pour déclencher le ventilateur. Si le patient

est en aide inspiratoire, le volume courant risque d’être diminué et lorsque le patient est en

ventilation en volume, les pressions peuvent être élevées et certains cycles partiellement

délivrés. Dans tous ces cas, la ventilation alvéolaire peut en être affectée.

Evaluation des circuits expiratoires « poreux ». Enfin, il existe plusieurs avantages potentiels

liés aux circuits expiratoires « poreux ». D’une part, ils permettent de moins chauffer le

circuit expiratoire, ce qui peut réduire l’influence sur les mesures de débit expiratoire [216].

Par ailleurs, il existe probablement des avantages en terme de condensation. Bien

évidemment, ces circuits ne règlent pas le problème de la condensation dans les circuits

inspiratoires.

En conclusion, les améliorations technologiques permettent de régler certains

problèmes associés aux humidificateurs, mais certains autres comme la condensation dans les

circuits inspiratoires subsistent.

78

Figure II.5: Humidité absolue des gaz avec et sans compensation automatique (logiciel 714). En gris est représentée la valeur moyenne. Les données en pointillé correspondent aux mesures réalisées alors que la température ambiante était > 27°C.

Figure II.6: Condensation dans les circuits inspiratoires. Valeurs de 1 (absence de condensation) à 6 circuits remplis d’eau avec différents types de ventilateurs. Pour plus de 60% des recueils concernant les ventilateurs à turbine, les circuits étaient remplis d’eau.

20

25

30

35

40

45

COMPENSATION STANDARD COMPENSATION

Humidité Absolue (mgH 2O/L)

%

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6

Ensemble des ventilateurs (n=172)

Ventilateurs à turbines (n=26)Ventilateurs électrovannes (n=146)

10%

25%

62%

Absence de condensation Circuit rempli d’eau

18%

%

79

Figure II.7: Condensation dans les circuits expiratoires. Valeurs de 1 (absence de condensation) à 6 circuits remplis d’eau avec différents types de ventilateurs. Figure II.8: Humidité absolue dans la voie expiratoire avec le circuit expiratoire avec fil chauffant « standard » ou avec le circuit « poreux ». La ligne horizontale pointillée indique l’humidité absolue moyenne de l’air ambiant. Conditions température « normale ».

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

début de circuit fin de circuit

Hum

idité

Abs

olue

(m

gH 2O

/L)

Circuit RT 300 « poreux »Circuit RT 200

Pièce en Y Entrée du ventilateur

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

début de circuit fin de circuit

Hum

idité

Abs

olue

(m

gH 2O

/L)

Circuit RT 300 « poreux »Circuit RT 200

Pièce en Y Entrée du ventilateur

0

25

50

75

100

1 2 3 4 5 6

%Ensemble des ventilateurs (n=172)

Absence de condensation Circuit rempli d’eau

80

Tableau II.2: comparaison des évaluations cliniques avec les deux logiciels de compensation automatique (logiciel 560, étude 1, [167], et logiciel 714). TAA : Température de l’air ambiant ; TECh : Température d’entrée de chambre

39,0±2,532,1±5,538,3±2,334,832,4±2,639,127,9±2,623Logiciel 714

37,9±2,834,4±4,538,0±3,121,430,7±1,628,626,6±1,228Logiciel 560

Compensation mgH2O/L

StandardmgH2O/L

Compensation mgH2O/L

% valeurs <30 mgH2O/L avec réglages standardsTECh (°C)%TurbinesTAA (°C)n

39,0±2,532,1±5,538,3±2,334,832,4±2,639,127,9±2,623Logiciel 714

37,9±2,834,4±4,538,0±3,121,430,7±1,628,626,6±1,228Logiciel 560

Compensation mgH2O/L

StandardmgH2O/L

Compensation mgH2O/L

% valeurs <30 mgH2O/L avec réglages standardsTECh (°C)%TurbinesTAA (°C)n

81

II.1.c Filtres Humidificateurs

o Evaluation sur banc de 48 filtres humidificateurs pour l’appel d’offre de

l’AP-HP (Etude 3)

Abstract : Taillé S., Lefrançois F., Lellouche F., Deye N., Maggiore SM, Jouvet P., Ricard JD., Fumagali B., Brochard L., «Groupe de travail sur les Respirateurs ». Comparison of humidification performances of heat and moisture exchangers (HME) on a bench test. Intensive Care Med 2001; 27 (2): S211.

Introduction

De très nombreux filtres humidificateurs sont disponibles sur le marché pour

humidifier les gaz délivrés aux patients sous ventilation artificielle. Cependant, leurs

performances d’humidification ont rarement été comparées de manière indépendante et un

certain nombre de ces systèmes ont principalement des propriétés de filtres antibactériens

mais ont des performances médiocres en terme d’humidification bien qu’ils soient

d’apparence semblables aux filtres humidificateurs et parfois même proposés comme filtres

humidificateurs par certains fabricants. Le but de cette étude était de comparer l’efficacité

d’humidification de 48 filtres sur un banc d’essai à l’occasion d’un appel d’offre lancé par

l’AP-HP et de comparer les données fournies par les constructeurs aux données retrouvées

lors de nos mesures. A cette occasion, nous avons développé un banc de mesures spécifiques

pour évaluer ces systèmes. Nous avons également rapporté d’autres données intéressantes

comme l’espace mort de ces dispositifs et leur résistance (en comparant encore les données du

constructeur et les mesures réalisées dans le laboratoire pour certains filtres). Nous

distinguerons pour cette étude les filtres (filtres antibactériens) et les filtres humidificateurs

(échangeurs de chaleur et d’humidité avec ou sans propriété de filtre antibactériens).

Méthode

A l’occasion de l’appel d’offre réalisé par l’AP-HP sur les filtres humidificateur, nous

avons évalué sur banc 48 filtres humidificateurs. 47 filtres étaient proposés à l’appel d’offre et

nous ont été fournis par les différents fabricants. De plus, nous avons évalué sur ce même

banc le filtre hydrophobique BB2215 qui avait été utilisé dans plusieurs études montrant des

taux d’occlusion de sonde élevés avec ce système d’humidification [11-15]. La société Pall a

accepté de nous fournir à cette occasion plusieurs filtres de ce modèle pour évaluation. Le but

initial était de sélectionner les filtres humidificateurs les plus performants pour l’évaluation

finale. Il avait été décidé par le groupe de travail sur les respirateurs de l’AP-HP de ne

sélectionner pour les essais cliniques que les filtres qui délivraient au moins 28 mgH2O/L sur

le banc utilisé.

82

L’intérêt du banc d’essai est d’avoir un modèle stable permettant d’évaluer ces

différents dispositifs dans des conditions identiques. Pour obtenir des informations utilisables

en clinique, le but était de reproduire les conditions de ventilation habituelles et les conditions

physiologiques (insufflation sèche, expiration humide, température ambiante constante). Le

banc est présenté en détail au chapitre I.4.b. Son principe était de simuler un gaz expiratoire

ayant un contenu en eau de 35 mgH2O/L [34] grâce à un humidificateur chauffant branché sur

la voie expiratoire d’un ventilateur simulant un patient (Figure I.13, page 51). Après 3 heures

de stabilisation sur le banc, l’humidité absolue des gaz inspirés était mesurée par la méthode

psychrométrique. Pour chaque type de filtre, 3 mesures ont été réalisées, à chaque fois avec

un filtre neuf. L’ordre de l’évaluation des filtres était randomisé et les différentes mesures

pour un même filtre n’étaient pas effectuées le même jour. Au total 48 dispositifs (filtres et

filtres humidificateurs) destinés aux patients adultes ont été testés. Nous avons également

calculé le rendement de ces dispositifs de la façon suivante : rendement = (Humidité absolue

expirée/Humidité absolue inspirée) x 100. Cette mesure permet d’évaluer les performances

intrinsèques de ces dispositifs.

En plus des mesures hygrométriques, 34 mesures de la résistance de ces systèmes ont

pu être réalisées. Nous avons comparé les données des constructeurs pour l’hygrométrie et

pour les résistances quand celles-ci étaient disponibles. Par ailleurs, nous présentons

également les données du fabricant concernant l’espace mort des filtres.

Résultats :

Résultats pour les performances hygrométriques

48 dispositifs ont été testés sur le banc d’hygrométrie, et 3 mesures pour chaque

dispositif ont été réalisées des jours différents.

32 de ces dispositifs étaient présentés comme filtres humidificateurs (31 pour l’appel

d’offre ainsi que le BB2215), l’humidité absolue moyenne de ces dispositifs était de 27,5 ±

4,4mg H2O/L. 20/32 (62,5%) de ces filtres humidificateurs avaient des performances < 30

mgH2O/L. 8/32 (25%) avaient des performances < 25 mgH2O/L. Les données hygrométriques

sont présentées dans la Tableau II.3 et la Figure II.9.

16 de ces dispositifs n’étaient présentés que comme ayant des propriétés de filtre

antibactérien. L’humidité absolue moyenne de ces dispositifs était de 17,3 ± 3,6 mg H2O/L.

Le rendement maximal en eau des dispositifs testés était de 91,1 % et le rendement

minimal de 37,8 % (Figure II.10).

Le filtre humidificateur BB2215 (Pall) délivrait sur le banc de mesure une humidité

absolue de 21,8 ± 1,4 mgH2O/L.

83

La comparaison entre les données du fabricant et les mesures réalisées dans notre

laboratoire était disponible pour 29 des dispositifs testés : 25/31 des filtres humidificateurs

(81%) et pour 4/16 des filtres (25%). Pour les filtres humidificateurs, dans 4 cas, il n’y avait

aucune donnée d’hygrométrie fournie par le fabricant et dans deux cas, les seules données

hygrométriques disponibles étaient pour des volumes courants de 250ml et de 1500ml et n’ont

pas été utilisées. Sur les 29 comparatifs possibles, dans 23 cas, les données du fabricants

montraient des performances supérieures à celles obtenues sur notre banc. L’écart moyen

entre les données mesurées et les données fournies par les fabricants étaient de 3,0 ± 2,7 mg

H2O/L pour les filtres humidificateurs (avec un maximum de 8,9 mgH2O/L de différence et

avec dans 9 cas sur 25, une différence supérieure à 4 mgH2O/L), et de 0,2 ± 1,4 mg H2O/L

pour les filtres.

Résultats pour les résistances de ces dispositifs

34 mesures des résistances de ces dispositifs ont été réalisées dans notre laboratoire et

29 comparaisons entre les mesures données par les fabricants et les mesures réalisées dans le

laboratoire pour la résistance des filtres étaient disponibles. La résistance moyenne de ces

dispositifs était de 2,17 ± 0,70 cmH2O/L/s pour les données à 1L/s. Respectivement, pour les

filtres humidificateurs et pour les filtres, les résistances moyennes mesurées pour 1L/s étaient

de 2,32 ± 0,70 cmH2O/L/s et de 1,98 ± 0,53 cmH2O/L/s. L’écart moyen entre les données du

fabricant et les mesures réalisées dans le laboratoire étaient de - 0,1 ± 1,6 cmH2O/L/s pour les

données à 1L/s.

Discussion

Il s’agit de l’évaluation de matériel la plus importante de filtres humidificateurs jamais

réalisée. Auparavant, d’autres études sur banc évaluant des filtres humidificateurs avaient été

réalisées. Branson avait comparé les performances de 21 filtres avec la méthode

gravimétrique [154], Cigada en avait comparé 12 [204], mais les autres études portaient le

plus souvent sur l’évaluation d’un petit nombre de systèmes d’humidification (entre 1 et au

maximum 8) et utilisaient des méthodes variées pour mesurer l’hygrométrie [89, 92, 101, 161,

189, 193, 197-201, 203, 204, 217-219]. A notre connaissance, seules deux de ces études sur

banc utilisaient la méthode psychrométrique [101, 189].

Le principal résultat de notre étude est l’hétérogénéité importante des performances

des filtres humidificateurs présentés à cet appel d’offre. Par ailleurs, un nombre important de

dispositifs présentés comme ayant des propriétés d’humidification ont des performances très

inférieures à ce qui est recommandé. Ce type de filtres « humidificateurs » ne devrait pas

84

participer à ces appels d’offre et ne devrait pas être utilisés en clinique pour des patients sous

ventilation mécanique prolongée. De plus, il existe des écarts entre les mesures

hygrométriques fournies par les fabricants et les mesures réalisées dans le laboratoire, avec

dans certains cas des différences majeures. En revanche, il n’existait que de faibles

différences pour les mesures des résistances des filtres humidificateurs. Cela démontre la

particularité et la difficulté des mesures hygrométriques. Enfin, le conflit d’intérêt des

fabricants qui réalisent leur propres évaluations n’est pas compatible avec une information

indépendante des usagers, d’autant que des conséquences graves peuvent exister si des filtres

humidificateurs peu performants sont utilisés [11, 12, 49]. Ceci confirme que des évaluations

indépendantes, reproduisant des conditions d’utilisation standardisées, sont nécessaires pour

comparer les performances d’humidification des filtres humidificateurs [20].

12 filtres humidificateurs délivraient des gaz inspiratoires avec une humidité absolue

supérieure à 30 mgH2O/L (18 selon les données des fabricants), et 8 autres avaient des

performances entre 30 et 28 mgH2O/L. Il existe donc un choix de filtres humidificateurs

important permettant d’obtenir des niveaux d’hygrométrie éloignés des zones à risque

(Tableau II.3). Dans une catégorie intermédiaire, 4 autres filtres avaient des performances

entre 26 et 28 mgH2O/L. La dernière catégorie avaient tous des performances inférieures à 25

mgH2O/L et devraient être absolument évités pour toute ventilation mécanique, en dehors

d’une utilisation pour leurs propriétés de filtration antibactérienne.

Quant aux données hygrométriques sur le banc de mesures concernant le filtre

BB2215, responsable d’un nombre élevé d’occulsions de sonde dans plusieurs études [11-14],

elles sont compatibles avec les données cliniques existante et réalisées avec la même

technique psychrométriques [96, 110]. Cela confirme donc que des valeurs proches de 20

mgH2O/L entraînent des risques élevés d’occlusion de sonde.

Enfin, le rendement des filtres humidificateurs les plus performants est supérieur à

90% (Figure II.10). Ces résultats sont proches de ce qui a été retrouvé chez les patients (étude

10) [220]. Cela suggère qu’il n’existe qu’une très faible marge pour les éventuelles

améliorations technologiques avec ces systèmes d’humidification. La principale amélioration

des performances des filtres humidificateurs est un apport d’énergie permettant de réchauffer

les gaz et un apport externe d’eau dans ce système, comme cela est obtenu avec les filtres

actifs qui permettent d’améliorer les performances hygrométriques des filtres humidificateurs

[106].

Néanmoins, les données actuellement disponibles permettent de penser que le niveau

des performances atteint par les meilleurs filtres humidificateurs actuels (autour de 30

mgH2O/L) est suffisant pour limiter les risques d’occlusion de sonde (Tableau II.7, page 121).

85

Figure II.9: comparaison de l’humidité absolue obtenue sur notre banc avec les données du fabricant (comparatif disponibles pour 29 dispositifs). Les astérisques représentent les dispositifs annoncés lors de l’appel d’offre comme filtre antibactériens uniquement.

Figure II.10: Rendement des 48 filtres testés (correspond au rapport entre l’humidité absolue expiratoire (35 mgH2O/L) et l’humidité absolue inspiratoire mesurée). Les rendements minimum et maximums sont indiqués.

15

20

25

30

35Humidité Absolue (mgH 2O/L)

** * *

Données fabricantRésultats de notre bancDonnées fabricantRésultats de notre banc

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100%91,1

37,8

86

Dispositif Fabricant HA mesurée mgH2O/L

HA Fabricant mgH2O/L

Espace mort Fabricant ml

Hygrovent Peters 31,9±0,6 34,6 95 Hygrobac Mallinckrodt 31,7±0,7 32,7 95

Hygrovent S Peters 31,7±0,5 34,5 55 Hygrobac S Mallinckrodt 31,2±0,2 30,7 45 HMEF 1000 Datex 31,2±0,7 33 77

9000/100 Allégiance 31,2±1,4 33,8 90 Servo Humidifier 172 (173) Siemens 30,9±0,3 ND ND Humid Vent Filter Compact Hudson 30,8±0,3 31 35

All Round Filter MAP05 Peters 30,7±0,2 30 89,5 Hygroster Mallinckrodt 30,7±0,6 32,8 95

Slimeline HMEF 9040/01 Sodis 30,3±0,3 33 45 BACT HME Ansell 30,1±0,5 34,3 70

Filtraflux Vygon 29,9±0,9 31 22 HME 12 BASIC Ansell 29,8±0,4 33 81 Humid Vent 2 Hudson 29,7±0,4 28 29

Servo Humidifier 162 (163) Siemens 29,7±0,8 ND ND FE52A Rüsch 29,3±0,4 ND 84

Humid Vent 2S Hudson 29,2±0,4 28 29 9040/01 Allégiance 28,6±1,1 ND 47 9000/01 Allégiance 28,5±0,8 31,4 90

Thermovent 1200 Sims 27,8±0,0 ND 32 BB100E Pall 27,2±0,7 31 85 BB100 Pall 26,8±0,5 31 90

Clear Therm + Intersurgical 26,2±2,1 32 52 Filta Therm Intersurgical 24,9±1,1 30 42

Stérivent Mallinckrodt 23,8±0,9 23,1 92 Iso Gard Hepa Light Hudson 23,6±0,3 25,8 80

Filtraflux Vygon 22,4±0,4 ND ND Stérivent S Mallinckrodt 22,2±0,2 21,2 62 BB 2215 Pall 21,8±1,5 Hors appel d'offre Hors appel d'offre 8222/01 Allégiance 20,5±0,2 ND 74

Maxipleat Sodis 20,1±0,6 24,9 74 HME 10 Ansell 20,0±0,6 28,9 27

BB25 Pall 19,6±1,4 26 35 All Round Filter MAP01 Peters 19,0±0,3 ND 70

BB2000AP Pall 18,9±0,4 26 35 BACT TRAP HEPA Ansell 18,4±0,7 ND ND Clear Therm Midi Intersurgical 17,3±0,3 23 24

Barr Vent Peters 16,8±1,1 ND 101 Stérivent Mini Mallinckrodt 16,6±1,0 17 35

4444/66 Allégiance 16,4±0,6 ND 47 Filta Guard Intersurgical 16,2±1,0 ND 56

4000/01 Allégiance 15,1±0,9 ND 38 Clear Guard II Intersurgical 14,9±0,6 ND 42

Clear Guard Midi Intersurgical 13,7±0,8 ND 24 ISO GUARD FILTER S Hudson 13,4±0,6 ND 26

Barr Vent S Peters 13,3±0,8 ND 37 Barrierbac S Mallinckrodt 13,2±0,2 ND 35

Tableau II.3: Performances hygrométriques de l’ensemble des filtres et filtres humidificateurs représentés à l’appel d’offre de l’AP-HP obtenues sur le banc de mesure, et données du fabricant pour les performances hygrométriques et l’espace mort. Le filtre BB2215 ne participait pas à cet appel d’offre mais a été testé sur le même banc au coursde la même période.

87

II.1. Filtres « actifs »

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs

sur les performances des filtres humidificateurs et du filtre actif « Humid-

Heat », Hudson (étude 4).

Abstract: Lellouche F., Qader S., Taillé S., Brochard L. Impact of ambient air temperature on a new active HME and on standard HMES: bench evaluation. Intensive Care Med 2003; 29 (1): S169.

Introduction

Au cours de la ventilation mécanique, les gaz inspirés sont le plus souvent humidifiés

avec les filtres humidificateurs en France et avec les humidificateurs chauffants au Canada

[211, 212]. Nous avons montré dans une étude précédente que les températures ambiantes

élevées ainsi que les ventilateurs à turbine qui génèrent des températures de sortie élevées

entraînaient des dysfonctions des humidificateurs chauffants équipés de fils chauffants [167].

Les faibles niveaux de performances atteints dans ces conditions sont associés à des risques

potentiels d’occlusions de sonde ou d’atélectasies [11-14, 96, 110]. Par ailleurs, il avait été

montré dans plusieurs études cliniques que l’utilisation de certains filtres humidificateurs

(hydrophobiques) avec une ventilation minute supérieure à 10L/min pouvait être délétère [96,

97]. Le but de cette étude est d’évaluer l’impact de la ventilation-minute, de la température

ambiante et de la température de sortie de ventilateur sur les nouveaux filtres “actifs” et sur

les filtres humidificateurs de génération récente (hydrophobiques et hygroscopiques).

Méthodologie

I-Etude sur banc: Les systèmes d’humidification ont été dans un premier temps évalués sur

un banc hygrométrique précédemment utilisé pour l’évaluation de filtres humidificateurs

(Figure I.13, page 51).

Trois systèmes d’humidification ont été évalués :

- Humid-Heat (Filtre “actif”, espace mort 54 ml), Hudson

- Hygrobac (Filtre hygroscopique / hydrophobique, espace mort: 95 ml), Mallinkrodt, Tyco

- HygrobacS (Filtre hygroscopique / hydrophobique, espace mort: 45 ml), Mallinkrodt, Tyco

La température ambiante était maintenue constante à trois niveaux différents :

22-24°C, 24,5-25,5°C et 28-30°C.

Le banc d’hygrométrie comprend un ventilateur moteur (T-Bird dans cette étude réglé

à 20x500 et 30x650, PEP 5 cmH2O et avec une FiO2 à 100%), avec deux niveaux de

ventilation/minute, un gaz expiré simulé par un humidificateur chauffant réglé pour délivrer

un gaz saturé à 35°C (39,7 mgH2O/L) (MR 730, Température de sortie de chambre 35°C,

Température à la pièce en Y : 38°C) (Figure I.13, page 51).

88

3 mesures hygrométriques des gaz inspirés pour chaque condition étaient réalisées par

la méthode psychrométrique après trois heures d’équilibre. A chaque mesure, un filtre neuf

était utilisé.

II-Etude clinique:

Cette étude a été approuvée par le comité d’éthique de la SRLF. Les familles des

patients étaient informées des mesures réalisées. Les critères d’inclusion étaient

principalement une stabilité respiratoire (avec une FiO2 ≤ 80%) et hémodynamique

(adrénaline ou noradrénaline ≤ 2 mg/h) et l’absence de transport ou de procédure prévus au

cours de la journée d’étude.

Une première évaluation des performances hygrométriques de l’Humid-Heat a été

réalisée chez 15 patients consécutifs. L’Humid-Heat était réglé en fonction de la ventilation-

minute des patients. Les mesures psychrométriques étaient réalisées après que le système soit

resté 3 heures en place.

Une étude en cross-over a ensuite été réalisée. Des mesures psychrométriques ont été

prises chez dix patients consécutifs avec différents systèmes d’humidification dans un ordre

randomisé: un filtre humidificateur (Hygrobac), et le filtre actif (Humid-Heat) dans

différentes conditions : éteint, réglé à la ventilation minute du patient (en moyenne à 13,2

L/min) et réglé au réglage maximum de 30L/Min. Des mesures de l’hygrométrie des gaz

inspirés étaient réalisées après un temps d’équilibre de 1 heure.

Résultats

Etude sur banc :

Les performances hygrométriques des différents systèmes testés étaient stables aux

deux niveaux de ventilation/minute et il n’a pas été noté d’influence majeure de la

température ambiante avec ces systèmes. Comme pour le filtre actif (Figure II.11), les filtres

Hygrobac et Hygrobac S n’étaient pas influencés par la ventilation minute, quelque soit la

situation testée. Avec l’Hygrobac, à une température ambiante de 29°C, et une ventilation

minute de 10 et 20L/min, l’humidité absolue des gaz inspiratoires étaient respectivement de

31,5±0,5 et de 31,2±0,3 (29,0±0,7 et 29,0±0,8 pour l’Hygrobac S). L’Humid-Heat améliorait

les performances de 3 à 6 mgH2O/L par rapport aux filtres humidificateurs testés. Les

résultats sont présentés sur les figures II.11 et II.12.

89

Etude clinique :

Une première évaluation de l’Humid-Heat a été réalisée chez 15 patients consécutifs

stables. Huit étaient ventilés en aide inspiratoire et sept en ventilation assistée contrôlée. Les

mesures d’hygrométrie montrent des performances légèrement supérieures à celles retrouvées

sur banc, chez des patients dont la température corporelle était supérieure à 37,5°C.

L’étude randomisée en cross-over a été réalisée chez 10 patients dont la

ventilation/minute moyenne était de 13,2±4,8 L/min, six patients étaient ventilés en aide

inspiratoire et quatre en ventilation assistée contrôlée. La température ambiante moyenne était

de 24,2°C. Les performances de l’Humid-Heat étaient supérieures en comparaison avec le

filtre mixte hygroscopique-hydrophobique Hygrobac. Dans la présente étude, l’évaluation

clinique des performances du filtre actif montrait des caractéristiques intéressantes malgré les

niveaux de ventilation/minute élevés : (i) lorsque l’Humid Heat était réglé selon les

recommandations du fabricant, les performances étaient significativement plus élevées que

celles du filtre testé (30,9±2,2 vs 38,0±3,1 mgH2O/L, P>0,001) (ii) lorsque le système était

éteint (absence de chauffage et absence d’apport d’eau externe), qui correspond à une

humidification passive, les niveaux d’hygrométrie atteints restaient satisfaisants (28,5±2,5

mgH2O/L) (iii) lorsque le réglage de la ventilation minute était au maximum (30L/min), les

niveaux d’humidification étaient très élevés (42,2±1,8 mgH2O/L). Les résultats sont présentés

dans les Tableaux II.4 et II.5.

Discussion

Dans cette étude, nous avons démontré que les performances des filtres

humidificateurs mixtes (hygroscopiques et hydrophobiques) et du filtre actif évalué étaient

peu influencées par la température ambiante et par la ventilation minute. Le filtre actif

augmente le contenu en eau du gaz délivré de 3 à 6 mgH2O/L selon les conditions en

comparaison avec les filtres humidificateurs testés.

Nous avons constaté une légère augmentation de l’humidité absolue mesurée lorsque

la température ambiante augmente pouvant être en rapport avec une influence de la

température ambiante sur la mesure elle-même. Mais, globalement, les performances restaient

homogènes et à des valeurs proches de 30 mgH2O/L (avec l’Hygrobac-S) ou légèrement

supérieures (avec l’Hygrobac), ce qui est proche des valeurs retrouvées dans la littérature [96,

110] et lors de nos précédentes mesures (étude 6). De même, la ventilation/minute

n’influençait pas les performances des filtres humidificateurs dans cette étude à la différence

de ce qui avait été rapporté initialement par Martin et al [96, 97]. Dans ces études, le filtre

utilisé (Pall BB2215) était beaucoup moins performant que ceux utilisés dans cette étude et

90

était seulement hydrophobique alors que les filtres utilisés dans cette étude sont mixtes

(hygroscopiques et hydrophobiques). Martin et al avait également montré que les filtres

humidificateurs mixtes maintenaient des performances acceptables chez des patients ayant

une ventilation minute supérieure à 10L/min [98]. La ventilation/minute ne devrait donc plus

être considérée comme une contre-indication à l’utilisation des filtres humidificateurs de

dernière génération comme cela est encore écrit [221].

Larsson avait évalué l’Humid-Heat par la méthode gravimétrique [108] et retrouvait

des niveaux d’humidification supérieurs à 40 mgH2O/L, mais les gaz expiratoires avaient un

contenu en eau de 40,7 mgH2O/L, ce qui est plus élevé que celui utilisé avec notre banc (35

mgH2O/L) et a pu surévaluer les performances de l’Humid-Heat.

Dans notre étude, lors de l’évaluation sur banc, les performances du filtre « actif » noi

celles du filtre humidificateur n’étaient influencées ni par la température ambiante ni par le

niveau de ventilation/minute. Il n’existe aucune autre donnée dans la littérature ayant évalué

l’influence de la température ambiante sur les performances des filtres actifs. En revanche, il

avait été montré que les humidificateurs chauffants avec fils chauffants sont fortement

influencés par la température ambiante et la température des ventilateurs [167]. Les filtres

« actifs » et les filtres humidificateurs sont donc des dispositifs qui ont des performances

d’humidification stables. Croci et al. avaient montré dans une étude sur banc avec la méthode

psychrométrique, que des filtres hydrophobiques pouvaient être influencés par la température

ambiante [190]. Les différences étaient faibles, de l’ordre de 2 mgH2O/L en plus à 26°C vs

20°C de température ambiante et les auteurs concluaient que l ‘impact clinique de telles

différences devait être négligeable. Par ailleurs, la méthode psychrométrique peut être

légèrement influencée par la température ambiante ce qui pouvait expliquer en partie ces

résultats [190].

Le filtre actif augmentait le contenu en eau du gaz délivré de 3 à 6 mgH2O/L en

comparaison avec les filtres humidificateurs testés mais le bénéfice clinique de cette

augmentation d’humidité absolue n’a jamais été clairement démontré. Les niveaux

d’hygrométrie atteints avec le réglage maximal (30L/min), dépassant les 40 mgH2O/L

(Tableau II.5), pourraient éventuellement être excessifs [185]. Enfin, dans notre étude, il n’y a

pas eu d’évaluation de la tolérance clinique en cas d’utilisation prolongée de ces systèmes aux

différents réglages étudiés.

91

Figure II.11: performances hygrométriques de l’Humid-Heat à différentes températures ambiantes et à deux niveaux de ventilation/minute.

Figure II.12: performances hygrométriques de l’Humid-Heat et de deux filtres mixtes à différentes températures ambiantes.

20

25

30

35

40

22-24°C 25°C 28-30°C

Hum

idité

Abs

olue

(m

gH 2O

/L)

10 L/mn20 L/mn

25

30

35

40

Humid-Heat HYGROBAC HYGROBAC "S"

Hum

idité

abso

lue

(mgH

2 O/L

)

22-24°C25°C28-30°C

92

Tableau II.4: performances d’humidification de l’Humid-Heat chez 15 patients consécutifs. Résultats exprimés en moyennes (± écarts-type) pour la température ambiante, la température corporelle des patients, la ventilation minute, l’humidité relative et absolue. Vmin : Ventilation-minute ; HR : Humidité relative ; HA : Humidité absolue Tableau II.5: résultats de l’évaluation clinique en cross-over de l’Humid Heat (HH) chez 10 patients sous ventilation mécanique. Humidité absolue des gaz inspiratoires et température du patient exprimés en moyenne (± écart-type) avec un filtre humidificateur, HH éteint, HH réglé sur la ventilation minute du patient et réglé à 30L/Min.

Filtre Hygrobac HH éteint HH HH 30L/Min

HA (mgH2O/L) 30,9±2,2 28,5±2,5 38,0±3,1 42,0±1,8

Température patient (°C) 37,8±0,8 37,6±0,8 37,4±1,1 37,8±0,4

Température Ambiante (°C)

Température Patient (°C)

Vmin (L/min) HR (%) HA (mgH 2O/L)

25,3±1,6 37,7±0,9 12,4±3,8 97,1±2,4 37,5±3,1

93

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs sur les

performances des filtres humidificateurs et du filtre actif Hygrovent « Gold »,

Medisize (étude 5).

Abstract: F.Lellouche, A.Lyazidi, S.Qader, L.Brochard. Bench evaluation of an active and a passive heat and

moisture exchanger, influence of ambient air and ventilator output temperature. Am J Respir Crit Care Med

2005. 2: A 438.

Introduction

Le but de cette étude était d’évaluer (i) l’impact de la température ambiante et de la

température de sortie de ventilateur sur les nouveaux filtres “actifs” et sur les filtres

humidificateurs mixtes, ainsi que (ii) l’impact potentiel de l’utilisation de circuits coaxiaux

avec voie expiratoire externe. En effet, la voie expiratoire externe pourrait permettre

d’augmenter la température du gaz inspiratoire et ainsi améliorer les performances

d’humidification des filtres humidificateurs et des filtres actifs.

Méthodologie

Les systèmes d’humidification ont été évalués sur un banc hygrométrique précédemment

utilisé pour l’évaluation de filtres humidificateurs (Figure I.13, page 51).

Trois systèmes d’humidification ont été évalués :

- Hygrovent S-Booster ou Hygrovent-Gold (Filtre “actif”, espace mort 55 ml), Medisize

- Hygrobac (Filtre hygroscopique / hydrophobique, espace mort: 95 ml), Mallinkrodt, Tyco

- Hygrobac S (Filtre hygroscopique / hydrophobique, espace mort: 45 ml), Mallinkrodt, Tyco

Différentes situations ont été testées :

- 3 niveaux de température ambiante (22-24ºC; 24,5-25,5ºC et 28-30ºC)

- deux types de ventilateurs (Bird 8400, température de sortie 35ºC, T-Bird,

température de sortie 40ºC). Réglage: FR 20/min, Vt 500 ml, FiO2 100%

- deux types de circuits : un circuit standard et un circuit coaxial (voie expiratoire

externe).

Le gaz expiratoire simulé délivrait 35 mgH2O/L avec un humidificateur chauffant MR 730,

réglé comme suit: température de sortie de chambre 35°C, température à la pièce en Y : 38°C.

3 mesures hygrométriques (avec la méthode psychrométrique) des gaz inspirés étaient

réalisées pour chaque condition après trois heures d’équilibre. A chaque mesure, un filtre neuf

était utilisé.

94

Résultats

La température ambiante n’affectait que très peu les performances du filtre « actif » et des

filtres humidificateurs testés. Le circuit co-axial ne permettait pas d’améliorer leurs

performances. Le filtre actif testé dans cette étude avait des performances légèrement

supérieures aux filtres humidificateurs (+3,5 mgH2O/L par rapport à l’Hygrobac S et + 1,5

mgH2O/L par rapport à l’Hygrobac). Les principaux résultats sont montrés sur les figures

II.13 et II.14.

Discussion

Les performances du filtre actif testé ainsi que des filtres humidificateurs mixtes

(hygroscopiques et hydrophobiques) n’ont pas été affectées par la température ambiante ou la

température de sortie de ventilateur (Figure II.3). Le type de circuit utilisé n’a pas influencé

les performances des systèmes d’humidification (Figure II.4). De même que dans l’étude 7

qui évaluait un autre filtre actif, ces systèmes sont peu influencés par les conditions

extérieures à la différence des humidificateurs chauffants [167].

Le filtre actif testé a des performances légèrement supérieures aux filtres

humidificateurs testés. En moyenne, sur l’ensemble des mesures, l’humidité absolue (en

mgH2O/L) était pour l’Hygrobac-S, l’Hygrobac et l’Hygrovent S-Booster respectivement de

29,8±1 ; 32,0±1,3 et 33,4±1,5 (P=0,01).

Quelle que soit la situation, les systèmes testés dans cette étude ont montré des

performances très proches (Hygrobac-S) ou supérieures aux valeurs minimales recommandées

pour les patients sous ventilation mécanique invasive (30 mgH2O/L).

La place des filtres actifs reste incertaine, en effets, leurs performances sont certes

supérieures aux meilleurs filtres humidificateurs actuels, mais rien dans la littérature actuelle

ne permet de dire que 33 ou 35 mgH2O/L sont associés à des bénéfices cliniques en

comparaison avec 30 mgH2O/L. De plus, ces dispositifs sont à l’évidence pus coûteux et plus

complexes à utiliser que les filtres humidificateurs et partagent le même handicap concernant

l’espace mort.

95

Figure II.13: Humidité absolue inspiratoire des différents systèmes testés en fonction de la température ambiante

Figure II.14: Humidité absolue des gaz inspirés avec l’Hygrovent S-Booster en fonction du circuit utilisé.

25

30

35

40

Hygrovent S-Booster Hygrobac Hygrobac S

Humidité Absolue (mgH 2 O/L) 22-24°C

24.5-25.5°C

28-30°C

25

30

35

40

Humidité Absolue (mgH 2 O/L)

Circuit Normal

Circuit Coaxial

26 à 28°C22 à 24°C 24.5 à 25.5°C

96

II.2. Relation pression/débit des systèmes d’humidification

o Etude de l’influence du gaz utilisé (Air ou Héliox) sur la relation pression/débit

des filtres avant et après utilisation. Comparaison avec les humidificateurs

chauffants et avec les sondes d’intubation (étude 6).

Abstract :

- Lellouche F., Maggiore SM, Pigeot J., Durrmeyer X., Lévy S., Jackson N., Harf A., Brochard L. Évolution des résistances en air et en hélium des filtres humidificateurs au cours d’une utilisation de plus de 24 heures. Réan Urg 2000; 9 : 123s. - Lellouche F., Maggiore SM, Pigeot J., Durrmeyer X., Levy S., Jackson N., Harf A., Brochard L. Variations of heat and moisture exchangers flow resistance with air and helium-oxygen during prolonged clinical use. Am J Respir Crit Care Med 2001; 163(5): A305

Introduction

Les filtres humidificateurs sont fréquemment utilisés au cours de la ventilation

mécanique. Il n'existe que peu ou pas de données dans la littérature sur l'évolution des

résistances des filtres humidificateurs :

(i) en cas d'utilisation de plus de 24 heures, alors que les filtres sont laissés en place

souvent 48 ou 72 heures et parfois jusqu'à 7 jours [100, 115, 146],

(ii) chez les patients atteint de bronchopathie chronique obstructive (BPCO). En effet,

lors d’études précédentes, les patients BPCO étaient exclus [151, 157, 158],

(iii) en cas d'utilisation de l'héliox (mélange hélium-oxygène) [222-229].

Le but de cette étude était d’évaluer les résistances des filtres humidificateurs avant et

après utilisation, dans une population large incluant les patients BPCO et avec différents types

de gaz (air et héliox). De plus, nous avons comparé les résistances des filtres humidificateurs

aux résistances des autres dispositifs utilisés sur le circuit entre le ventilateur et le patient

(circuit simple ou circuit d’humidificateur chauffant, humidificateur chauffant, sonde

d’intubation) avec l’air et avec l’hélium.

En effet, l’héliox a été proposé en ventilation non invasive [206, 225] et en ventilation

invasive dans différentes populations [222-229]. Du fait de ses propriétés physico-chimiques

particulières, en particulier sa densité, l’hélium modifie les propriétés mécaniques des

différents systèmes utilisés.

Méthode

L’étude a été réalisée dans le service de réanimation de l’hôpital Henri Mondor sans

modification des pratiques dans le service. L’étude a été présentée au comité d’éthique de la

SRLF. L’entourage des patients était informé de l’inclusion de leur proche dans l’étude.

Tous les patients sous ventilation mécanique depuis plus de 24 heures et ayant un filtre étaient

97

inclus. Le filtre humidificateur utilisé dans le service était l’Hygrobac et la fréquence de

changement de ces filtres était de 48 ou 72 heures au moment de l’étude (les lundi-mercredi et

vendredi). En cas d’encrassement par des sécrétions visibles, les filtres étaient changés avant

ce délai. Il était recommandé de placer le filtre au-dessus de la tête du patient. La compliance

à cette recommandation n’a pas été évaluée.

Les résistances (relation pression/débit) des filtres humidificateurs (Hygrobac DAR,

Mallinkrodt) ont été mesurées sur banc (Figure I.15, page 53):

- (i) avant utilisation, (ii) après 3 heures sur un patient simulé (Figure I.13, page 51) sur un

échantillon de 10 filtres Hygrobac neufs et (iii) après 48 ou 72 heures d'utilisation (mesures

réalisées immédiatement après le retrait du filtre)

- en air et en héliox (mélange 35% oxygène et 65% hélium)

- à différents débits (0,5 - 1 - 1,5 - 2 L/s)

Les données cliniques (pathologie à l’admission, durée de ventilation, présence de

pneumopathie, caractéristiques des sécrétions, ventilation minute, fréquence respiratoire,

occlusion de sonde, position du filtre) ont été également recueillies de façon prospective.

Résultats

121 filtres ont été étudiés chez 42 patients consécutifs sous ventilation mécanique

invasive dont 16 BPCO (44 filtres). Les raisons principales de l’intubation étaient

neurologiques (n=8), hémodynamiques (n=14), respiratoires (n=13) ou chirurgicales (n=7).

Les patients étaient âgés en moyenne de 62,8±14,6 ans, le sex ratio (H/F) était de 26/16. La

durée moyenne d’utilisation a été de 45±20 heures. Le nombre de filtres utilisés par patient

était en moyenne de 2,9±2,4. Quarante filtres ont été utilisés moins de 48 heures.

Avec l’air, pour un débit de 1L/s, les résistances passent de 1,98 avant utilisation à

2,54 cmH2O/L/s (p<0,001) après utilisation. Avec l’héliox, pour le même débit, les

résistances augmentent de 2,17 à 2,78 cmH2O/L/s (p<0,001). Les résistances mesurées en air

et en héliox sont significativement supérieures avec l’héliox (Figures II.15 et II.17). Il n'y

avait pas de différence de résistance entre les filtres neufs et les filtres "chargés en eau", après

3 h sur le modèle patient (Figure II.15).

L'évolution des résistances était identique chez les patients BPCO et chez les non

BPCO (Figure II.16), avec ou sans pneumopathie. En revanche, les patients ayant des

sécrétions abondantes ou visqueuses, avaient des résistances des filtres significativement plus

élevées. Des résistances des filtres > 3 cmH2O/L/s en air ont été retrouvées dans 19 % des cas,

et supérieures à 4 cmH2O/L/s dans 4% des cas, sans facteur favorisant particulier retrouvé.

98

Les mesures de résistance des différents éléments du circuit montrent qu’avec

l’utilisation de l’air, la part de la sonde d’intubation sur les résistances totales reste

prédominante (Tableau II.6). En revanche avec l’héliox, les résistances liées aux filtres ont

une part non négligeable, et même identique ou prédominante avec les sondes d’intubation de

gros calibre (8 et 9 mm de diamètre) (Figure II.18).

De façon anecdotique, au cours de l’étude, un patient sous ventilation mécanique

depuis 18 jours (ayant un humidificateur chauffant MR 850 sans système de compensation) a

présenté des signes de sub-occlusion de sonde avec une détresse respiratoire au cours d’une

épreuve de pièce en T et des difficultés pour passer la sonde d’aspiration. Après extubation, le

patient n’a pas été réintubé. Les mesures des résistances de la sonde sub-occluse étaient à 44

cmH2O à 1L/sec en air et à 21,9 cmH2O à 1L/sec en héliox.

Discussion

Dans cette étude, les résistances des filtres ont augmenté en moyenne de 22% après

une utilisation moyenne de 45 heures. Cependant, chez 19 % des patients, les résistances

après utilisation étaient élevées ( > 3cmH2O/L/s). L’évolution des résistances retrouvée dans

notre étude est équivalente à celle qui avait été rapportée après 24 heures d'utilisation [158].

L'évolution de la résistance des filtres chez les patients BPCO n'est pas différente de

celle des autres patients, contrairement à ce qui avait été suggéré par Chiaranda et al. [158].

De façon intéressante, les résistances des filtres avec l'héliox sont plus élevées qu’avec

l’air. La viscosité dynamique de ce gaz étant supérieure à celle de l'air, cela suggère un

écoulement laminaire à l’intérieur des filtres. La densité de l’hélium est plus faible par rapport

à l’air, mais cette variable n’intervient pas en cas d’écoulement laminaire. En revanche,

comme attendu, l’utilisation de l’héliox réduit les résistances des sondes d’intubation et dans

les circuits des humidificateurs chauffants compte tenu de l’écoulement qui est de type

turbulent à l’intérieur de ces sondes (Tableau II.6). Enfin, avec l’héliox, l’importance relative

de la résistance des filtres par rapport à celui de la sonde d’intubation est supérieure à celle de

l’air (Figure II.18). Au contraire des filtres humidificateurs, l’utilisation d’hélium diminue les

résistances des humidificateurs chauffants, ce qui suggère que l’écoulement dans le circuit

d’un humidificateur chauffant est de type turbulent (Tableau II.6).

En effet, les propriétés liées à l’écoulement d’un gaz dépendent de ses caractéristiques

physico-chimiques (densité, viscosité dynamique et cinématique) [230]. L’hélium a une

densité plus basse que la plupart des gaz, mais une viscosité plus élevée. La densité est

importante en cas d’écoulements turbulents et la viscosité l’est en cas d’écoulement laminaire.

99

La densité de l’hélium est de 0,18 g/L. La densité de l’héliox (mélange 35% oxygène,

65% hélium) est de 0,55 g/L et est plus faible que celle de l’air et de l’oxygène (1, 2 et 1,4 g/L

respectivement). La densité du gaz est un des éléments qui est pris en compte dans le calcul

du nombre de Reynolds qui définit la probabilité pour un fluide d’avoir un écoulement

laminaire ou turbulent: Re = (ρνr)/η ou ρ est la densité, ν la vélocité, r le rayon et η la

viscosité du gaz. Lorsque le nombre de Reynolds est inférieur à 2000, l’écoulement est de

type laminaire, sinon, il est de type turbulent. Dans ce dernier cas, les résistances à

l’écoulement des fluides sont augmentées. Avec l’héliox, le nombre de Reynolds est trois fois

plus faible qu’avec l’air, ce qui favorise les écoulements laminaires. Si l’écoulement est de

type turbulent, comme à l’intérieur des sondes d’intubation ou des circuits des

humidificateurs chauffants, l’équation suivante s’applique : V2 = (π r4 ∆P)/(ρℓ)

La résistance à l’écoulement ne dépend pas de la viscosité mais de la densité du fluide (ρ).

La viscosité cinématique de l’héliox est plus élevée que celle de l’air (404 vs 152. 10-7

m²/s). La viscosité a une importance en cas d’écoulement laminaire des fluides. La loi de

Poiseuille décrit l’écoulement laminaire d’un fluide. Le débit (V) est affecté par le rayon (r) et

la longueur (ℓ) du conduit où passe le fluide, le gradient de pression (∆P) et la viscosité de ce

gaz (η). V = (π r4 ∆P)/(8ηℓ) ⇒ ∆P/V = (8ηℓ)/ (π r4)

La résistance du gaz est donc, dans le cas d’un débit laminaire, proportionnelle à la viscosité

de ce gaz (η). La viscosité de l’héliox étant plus grande que celle de l’air, cela explique

pourquoi, en cas d’écoulement laminaire, les résistances sont plus élevées en cas d’utilisation

d’hélium. On peut conclure par extension que l’écoulement à l’intérieur du filtre étudié est de

type laminaire (Figure II.15).

Ces donnée concernant l’influence de l’héliox sur les résistances des systèmes

d’humidification et des sondes d’intubations devraient être connues en cas d’utilisation

d’héliox chez des patients intubés [222-229]. Dans ce cas, les résistances des filtres sont

augmentées et celles des humidificateurs chauffants réduites. Les humidificateurs chauffants

pourraient être privilégiés en cas d’utilisation d’héliox au cours de la ventilation mécanique.

Par ailleurs, l’étude de la résistance des humidificateurs chauffants démontre que la

résistance de ces systèmes (lorsqu’il y a un fil chauffant dans la lumière de la branche

inspiratoire) en air est au moins équivalente, voire supérieure à celle des filtres (Tableau II.6).

L’impact des filtres humidificateurs démontré en ventilation assistée (en particulier

l’augmentation du travail respiratoire avec les filtres) n’est donc pas liée à des résistances plus

élevées avec ces systèmes, mais bien à une différence d’espace mort [4, 130, 131, 133, 231].

100

Figure II.15: évolution des résistances des filtres après 3 heures d’utilisation (mesures réalisées sur banc) et après utilisation chez patients (en moyenne 45±20 heures), en Air et en Héliox (He).

Figure II.16: Résistances à 1L/s des filtres après utilisation chez des patients BPCO (n=16) et non BPCO (n=26).

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

AIR He

∆ P

ress

ion

(cm

H 2O

)

FILTRE NEUFS

FILTRE APRES 3 HEURES (sur banc)

FILTRE UTILISES (sur pat ients)

NS NS

* p<0,001

* *

0

1

2

3

4

5

6

7

BPCO non BPCO

∆ P

ress

ion

(cm

H 2

O/L

/s)

101

Figure II.17: Résistances des filtres neufs et après utilisation à différents débits, en air et en héliox.

Figure II.18: Importance relative des résistances des filtres humidificateurs et des sondes d’intubation, en air et en héliox. Données à 1L/sec.

0

1

2

3

4

5

6

0 0,5 1 1,5 2

Débit (L/s)

Pre

ssio

n (c

mH

2 O)

Hélium neufs

Hélium après utilisation

AIR neufs

AIR après utilisation

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

ETT 6mm ETT 7mm ETT 7,5mm ETT 8mm ETT 9mm

R Filtre / R sonde d'intubation

AIR

HELIOX

102

∆∆∆∆P à 0,5 L/s ∆∆∆∆P à 1 L/s

AIR Héliox AIR Héliox

Filtre humidificateur Hygrobac 0,9 1,2 2,0 2,2

Circuit standard + pièce en Y 0,4 0,3

Branche inspiratoire F&P + base F&P (sec) 2,8 2

Branche inspiratoire F&P + base F&P (chauffé) 3,5 2,1

Branche expiratoire F&P 2,0 1,3

Raccord annelé 1,7 1

Pièce psychrométrie (séparateur de flux) voie inspiratoire 10,7 19,6 14,6

Pièce psychrométrie (séparateur de flux) voie expiratoire 2,8 4,8 4,2

Sonde d'intubation ( 6 mm ) Mallinckrodt 4,8 3,8 16,6 10,4

Sonde d'intubation ( 7 mm ) Mallinckrodt 2,7 2,2 9,1 6,0

Sonde d'intubation ( 7,5 mm ) Mallinckrodt 1,6 1,5 6,1 4,3

Sonde d'intubation ( 8 mm ) Mallinckrodt 1,5 1,2 4,7 3,4

Sonde d'intubation ( 9 mm ) Mallinckrodt 1,0 0,9 3,2 2,4

Branche Inspiratoire F&P + base F&P + raccord annelé + Sonde 8 mm 9,7 6,7

Circuit standard + pièce en Y + Filtre Hygrobac 2,4 2,5 Tableau II.6: Différence de pression (∆P) en cmH2O à 0,5 et 1L/sec des différentes composantes du circuit et de sondes d’intubation de différents diamètres. Certaines mesures n’ont été réalisées qu’à 1L/sec.

103

II.3. Influence de l’hypothermie sur les performances des différents systèmes

d’humidification

o Sous-humidification et sur-humidification avec les différents systèmes

d’humidification au cours de l’hypothermie (Etude 7)[220]

Article : Lellouche F, Qader S, Taille S, Lyazidi A, Brochard L.Under-humidification and over-humidification during moderate induced hypothermia with usual devices. Intensive Care Med. 2006 Jul;32(7):1014-21.

Introduction :

L’utilisation de l’hypothermie modérée à 33°C à visée neuroprotectrice après arrêt cardiaque

a montré un bénéfice clinique clair lors de deux essais récents, avec dans un cas une réduction

de la mortalité [232] et dans l’autre une diminution des séquelles neurologiques [233]. Dans

cette indication, un consensus large se dessine actuellement [234, 235]. D’autres indications

de l’hypothermie thérapeutique existent déjà ou pourraient voir le jour, avec des durées plus

prolongées de ce traitement. En effet, l’hypothermie est proposée depuis plusieurs années

dans les traumatismes crâniens avec une efficacité discutée [236] mais qui semble plus

probable en cas de réalisation prolongée d’une hypothermie de plus de 48 heures (et jusqu’à

14 jours), et en cas d’hypothermie profonde (32 à 30°C) [237]. Au cours des différents

protocoles utilisant l’hypothermie, le problème de l’humidification n’est jamais abordé.

Pourtant, plusieurs problèmes théoriques se posent.

Les différents systèmes d’humidification risquent d’être affectés différemment par la

situation particulière que constitue l’hypothermie. En cas d’hypothermie profonde, les gaz

expirés sont plus froids, et leur contenu en eau fortement diminué. En effet, le contenu

maximal d’un gaz dépend directement de sa température (Figure I.8, page 41) [238]. Du fait

de leur principe de fonctionnement, les performances des filtres humidificateurs sont en

théorie proportionnelles au contenu en eau du gaz expiré. Les filtres sont donc contre-indiqués

en cas de température corporelle des patients inférieure à 32°C [239, 240]. Ces

recommandations sont anciennes et découlent de ce principe, mais ne reposent sur aucune

donnée mesurée. De plus, aucune mesure n’a été réalisée avec les filtres humidificateurs les

plus récents, hygroscopiques et hydrophobiques dans les conditions d’hypothermie. Par

ailleurs, la brève durée de l’hypothermie dans l’indication actuelle du coma anoxique post

arrêt cardio-circulatoire (12 à 24 heures) n’incite pas à modifier le système d’humidification

dans cette indication, particulièrement en l’absence de donnée claire sur ce sujet. Le but de

cette étude est de comparer les performances en termes d’humidification des gaz inspirés des

différents systèmes d’humidification au cours de l’hypothermie neuroprotectrice.

104

Hypothèses :

La moindre efficacité des filtres humidificateurs en cas d’hypothermie est attendue du fait de

leur principe de fonctionnement. En effet, l’efficacité de ce système d’humidification dépend

du contenu en eau des gaz expirés. Or, celui-ci est abaissé lorsque la température corporelle

des patients (donc la température des gaz expirés) est basse (Figure I.8, page 41).

L’importance de cette perte d’efficacité est difficile à prévoir avec les filtres de dernière

génération actuellement utilisés dans notre service, puisqu’ils sont parmi les plus efficaces en

condition de normothermie [241]. Le comportement des filtres actifs est également plus

difficile à prévoir, une diminution de l’efficacité est probable, mais également difficile à

évaluer à priori. Lors de l’hypothermie, les humidificateurs chauffants, pourraient au contraire

induire une sur-humidification car le contenu en eau délivré aux réglages habituels peut être

supérieur au contenu en eau maximal d’un gaz à 33 °C (Figure I.8). Cette hypothèse n’a

pourtant jamais été démontrée.

Méthode :

L’étude a été réalisée de manière prospective, dans le service de réanimation médicale de

l’hôpital Henri Mondor à Créteil. Tous les patients admis suite à un arrêt cardio-circulatoire et

traités par hypothermie à visée neuroprotectrice entre Juin et Décembre 2003 ont été inclus de

manière prospective après information de la famille. L’étude a été présentée au comité

d’éthique de la SRLF qui avait émis un avis favorable.

L’hypothermie a été réalisée pendant 24 heures avec un objectif de température corporelle de

32 à 34°C. Le protocole pour l’induction de l’hypothermie s’inspirait des deux études

multicentriques récemment publiées [232, 233]. La mise en hypothermie était obtenue en

recouvrant le patient d’un drap mouillé, en utilisant des vessies de glace sur les gros axes

vasculaires (plis inguinaux). Une curarisation était utilisée pour éviter les frissons, associée à

une sédation-analgésie par midazolam et fentanyl en perfusion continue. L’objectif de

température devait être atteint le plus rapidement, en moins de 4 heures et maintenu pendant

24 heures, suivi d’un réchauffement passif par arrêt des mesures de refroidissement externe,

de la curarisation puis de la sédation.

Systèmes d’humidification testés

Les systèmes d’humidification utilisés étaient les suivants :

1- Filtre Echangeur de Chaleur et d’Humidité (Hygrobac, Tyco Healtcare, Plaisir, France)

2- Filtre « actif » (Humid-Heat, Hudson, Dardilly, France).

Ce système nécessite de régler le niveau de ventilation/minute du patient (jusqu’à 30

105

L/min), ce qui régule le débit d’eau externe apporté au patient. Dans cette étude, le système

est utilisé à deux réglages de ventilation/minute : 15 L/minute (niveau moyen, noté HH) et 30

L/minute (niveau maximum noté HH 30).

3- Humidificateur chauffant (MR 850, Fisher&Paykel, Villebon, France), aux réglages

« intubation » correspondant à une température de sortie de chambre de 37°C et à la pièce en

Y de 40°C.

Le filtre humidificateur a été testé lors de l’arrivée du patient dans le service, avant la mise en

hypothermie, puis au cours de l’hypothermie. Les deux autres systèmes étaient testés

uniquement en hypothermie. L’ordre d’utilisation des systèmes d’humidification était tiré au

sort, en dehors de la première période constituée par l’étude du filtre humidificateur avant

l’hypothermie. Chaque système d’humidification était laissé en place pour une durée d’au

minimum 3 heures permettant d’atteindre un état d’équilibre.

Mesures

Des mesures de température et d’hygrométrie ont été réalisées à l’équilibre après au moins

trois heures d’utilisation des différents systèmes d’humidification. Les températures du

patient étaient mesurées par un thermomètre tympanique calibré (celui habituellement utilisé

dans le service), la température ambiante était mesurée par un thermomètre de haute précision

(Duotemp, Fisher&Paykel, Auckland, Nouvelle-Zélande). Des mesures d’hygrométrie ont été

réalisées selon la méthode psychrométrique non invasive précédemment décrite [115].

L’hygrométrie des gaz inspirés et expirés a été évaluée. Les données concernant les patients

(âge, score de gravité, durée avant prise en charge, durée de réanimation, cause de l’arrêt

cardio-respiratoire) ont également été recueillies.

Statistiques

Les niveaux d’hygrométrie avec les différents systèmes d’humidification ont été comparés

par des tests non paramétriques compte tenu du nombre de patients inclus. Une analyse de

variance a été réalisée par le test de Friedman, suivie de comparaisons deux à deux par le test

de Wilcoxon. Des valeurs de P inférieures à 0.05 étaient considérées comme significatives.

106

Résultats

Neuf patients, 3 F/6H, ont été inclus de manière prospective, les principales caractéristiques

de ces patients sont présentées dans le tableau 1 de l’article.

Températures corporelles:

Les patients évalués avec les filtres humidificateurs en dehors de l’hypothermie étaient à

l’arrivée en moyenne à une température de 36,8±0,9°C. Au cours des périodes d’hypothermie,

la température corporelle des patients était en moyenne de 32,6±1,1°C, dans toutes les

périodes d’étude sans différence significative entre les systèmes étudiés.

Les variations de températures sont présentées sur la figure 1 de l’article.

Mesures d’hygrométrie :

Les valeurs individuelles et la moyenne de l’humidité absolue (mgH2O/L) des gaz inspirés

lors des différentes périodes sont présentées sur la figure 2 de l’article.

L’hygrométrie des gaz expirés était significativement plus basse lors de l’hypothermie en

comparaison avec la première période d’étude en normothermie (P<0,01).

Il n’y avait pas de différence pour ce paramètre entre les systèmes étudiés au cours de

l’hypothermie (P=0,14).

L’hygrométrie des gaz inspirés lors de la période de normothermie avec le filtre

humidificateur était de 30,1±1,6 mgH2O/L. L’hygrométrie des gaz inspirés lors de

l’hypothermie était significativement différente entre les systèmes étudiés : la plus faible avec

le filtre humidificateur (en moyenne 23,8±1,7 mgH2O/L avec au minimum 21,4 mgH2O/L),

intermédiaire avec le filtre « actif » (en moyenne 26,8±1,6 mgH2O/L) et la plus élevée avec

l’humidificateur chauffant (en moyenne 36,1±2,2 mgH2O/L), (P<0,0001). Les filtres

humidificateurs délivraient aux patients des niveaux d’humidification des gaz inspirés

significativement plus élevés en normothermie qu’en hypothermie (P=0,01).

Différences entre Humidité expirée et Humidité inspirée (« bilan entrée/sortie ») (Figure 3

de l’article):

En cas d’utilisation de filtre humidificateur, le bilan entre le contenu en eau expiratoire et le

contenu en eau du gaz inspiratoire était négatif aussi bien en normo qu’en hypothermie et était

en moyenne de moins 4,1±0,8 mgH2O/L ; les filtres humidificateurs rendaient à l’inspiration

en moyenne 86,7 % du contenu en eau des gaz expirés.

Avec les filtres actifs, le bilan était faiblement négatif et avec les humidificateurs chauffants,

ce bilan était positif de 6,2 mgH2O/L.

107

Corrélation entre l’hygrométrie des gaz et la température corporelle (Figure 4 de l’article):

Il a été trouvé une forte corrélation entre l’hygrométrie des gaz expirés et la température

corporelle des patients. De même, il a été trouvé une forte corrélation entre l’hygrométrie des

gaz inspiratoires délivrés et la température corporelle des patients, lors de l’utilisation de filtre

humidificateur.

Corrélation entre l’hygrométrie des gaz inspirés et expirés en cas d’utilisation de filtre

humidificateur (Figure II.20):

Il a également été trouvé une forte corrélation entre l’hygrométrie des gaz inspirés et expirés,

en accord avec le principe de fonctionnement des filtres.

Dans cette étude, le rendement moyen des filtres (humidité absolue inspirée/humidité absolue)

x100 était de 86,7±1,7%.

108

Discussion

Les indications de l’hypothermie modérée thérapeutique ont été récemment élargies du

fait de ses effets neuroprotecteurs bénéfiques démontrés après un arrêt cardiaque [232, 233].

Cette technique est de développement récent et les effets secondaires ont été peu évalués. Les

effets de cette technique sur les différents systèmes d’humidification des gaz délivrés au

patient ont été évalués dans cette étude. Les principaux résultats sont un impact notable de la

température corporelle du patient sur ces systèmes d’humidification. En particulier,

l’hypothermie est associée à une franche diminution des performances d’hygrométrie des

filtres humidificateurs expliquée par la diminution du contenu en eau des gaz expirés (Figures

4 de l’article et Figure II.20). Les filtres actifs avaient des performances supérieures à celles

des filtres humidificateurs mais restaient loin des 30 mgH2O/L. En revanche, les

performances de l’humidificateur chauffant n’étaient pas affectées par l’hypothermie (Figure

II.19).

Les résultats obtenus avec les filtres humidificateurs sont concordants avec

l’hypothèse d’une influence de la température corporelle sur le fonctionnement des filtres

humidificateurs. L’impact majeur de l’hypothermie est frappant : lors de l’hypothermie, les

filtres humidificateurs délivraient en moyenne 23,8±1,7 mgH2O/L avec des valeurs aussi

basses que 21,4 mgH2O/L. Il n’existe dans la littérature aucune mesure de l’hygrométrie des

gaz délivrés par des filtres humidificateurs lors de périodes d’hypothermie. Les

recommandations quant à la non utilisation de ces systèmes d’humidification ne reposent que

sur des principes théoriques [239]. Il est en effet recommandé d’éviter l’utilisation des filtres

en cas de température corporelle inférieure à 32 °C. Dans la présente étude, des valeurs très

basses d’humidité absolue ont été trouvées (légèrement en dessus de 20 mg H2O/L), proches

de valeurs d’humidification associées dans la littérature avec un risque élevé d’occlusion de

sondes d’intubation [11, 12, 110]. Le niveau d’humidité recommandé au cours de la

ventilation artificielle prolongée est de 30 mgH2O/L [54]. Les études les plus récentes avec

des systèmes permettant d’atteindre ces niveaux d’humidification montrent que les occlusions

de sonde sont exceptionnelles [113, 123, 141, 149, 153, 242]. Les performances des filtres

testés étaient très basses au cours de l’hypothermie, pourtant, les filtres utilisés dans cette

étude sont les plus performants existant actuellement [241], avec un rendement de près de

87%, valeur proche de ce qui avait été retrouvé dans une précédente étude sur banc (étude 6).

Par ailleurs, les données de l’humidité absolue expirée sont les seules chez des patients de

soins intensifs intubés à notre connaissance. Dery avait mesuré la température et l’humidité

des gaz expiratoires de patients sous anesthésie générale, normothermes, et avec des niveaux

d’humidifications peu élevés [34]. Au niveau des dents, dans la sonde d’intubation, les gaz

109

étaient saturés à 32°C, ce qui correspond à une humidité absolue de 33,9 mgH2O/L. Dans

notre étude, l’humidité absolue expiratoire moyenne des patients avant hypothermie était de

34,9±1,5 mgH2O/L.

Dans cette étude, l’explication de l’effet de l’hypothermie sur les filtres

humidificateurs est mise en relief par la forte corrélation trouvée entre la température

corporelle et l’humidité expirée ainsi que la corrélation entre la température corporelle et

l’humidité inspirée (Figure 4 de l’article).

Quant aux performances des humidificateurs chauffants, elles étaient peu influencées

par l’hypothermie. Les niveaux d’humidité absolue des gaz inspirés retrouvés dans cette étude

sont comparables aux résultats déjà publiés avec cette technique de mesure [243] ou avec une

autre technique [165]. L’absence d’effet de la température corporelle sur le fonctionnement

des humidificateurs chauffants était également un des résultats attendus, et est facilement

explicable par le mode de fonctionnement de ces appareils [244]. Ces résultats font toutefois

apparaître un autre élément dont l’influence est mal connue : la possibilité d’une sur-

humidification. D’une part, il existe avec les humidificateurs chauffants un bilan positif entre

le contenu en eau inspiré et expiré. En effet, le contenu en eau du gaz inspiré est de 36,1

mgH2O/L, et le contenu en eau du gaz expiré est de 30,2 mgH2O/L, entraînant un bilan positif

de 6,2 mgH2O/L. D’autre part, le contenu en eau des gaz inspirés est en moyenne à 36,1

mgH2O/L (avec des valeurs jusqu’à 39,9) alors que le contenu maximal d’un gaz refroidi à

33°C est de 36 mgH2O/L. Une condensation des gaz doit survenir lors du refroidissement du

gaz inspiratoire dès que celui-ci contient plus de 36 mgH2O/L (Figure II.19). Même si ce

résultat ne porte que sur cinq mesures pour les humidificateurs chauffants, les différences

entre les systèmes d’humidification sont notables, puisque les humidificateurs chauffant

entraînent en moyenne à chaque cycle respiratoire un bilan positif de 6,2 mgH2O/L alors que

le bilan est négatif de 4,1 mgH2O/L avec les filtres humidificateurs. Les conséquences

cliniques de cet apport net d’eau et de la sur-humidification sont mal connues [185], mais il a

été montré dans une étude animale un risque d’altérations fonctionnelles respiratoires [245].

Par ailleurs, il est à noter qu’il n’y a pas eu de difficultés particulières à maintenir

l’hypothermie chez les patients durant la période où étaient utilisés les humidificateurs

chauffants (Figure 1 de l’article). L’idée que les humidificateurs chauffants pouvaient

entraîner une élévation de la température corporelle est répandue mais elle est mal

documentée.

Les humidificateurs chauffants pourraient facilement être utilisés avec des réglages

adaptés pour l’hypothermie. Par exemple, les réglages recommandés pour la ventilation non

invasive (31°C à la sortie de chambre et 34°C à la pièce en Y) pourraient être intéressants :

110

d’une part, les performances pour ces réglages sont proches de 30 mgH2O/L [246] et d’autre

part la différence entre l’humidité inspirée et expirée serait proche de zéro.

Les filtres actifs ont des résultats intermédiaires. Seule la part passive liée à l’apport

d’eau provenant de l’expiration du patient est touchée. Le mécanisme lié à l’apport d’eau

extrinsèque n’est pas touché par l’hypothermie. Les niveaux d’humidification atteints avec ce

système sont un peu inférieurs à ce qui est recommandé, mais le niveau minimum ne descend

pas en dessous de 25 mgH2O/L (Figure II.19). Par ailleurs, le bilan entre le contenu

inspiratoire et expiratoire est proche de zéro (Figure 3 de l’article).

Les effets cliniques liés aux défauts d’humidification ou à la sur-humidification n’ont

pu être mis en évidence compte tenu de la méthodologie utilisée dans cette étude. Des études

comparant les systèmes d’humidification sur des critères cliniques (atélectasies,

oxygénation...) pourraient être envisagées au regard de ces résultats, puisque les différences

entre ces systèmes d’humidification sont notables. Il est vraisemblable que les risques liés à

une humidification inadéquate doivent être plus marqués en cas d’hypothermie induite

prolongée comme au cours des traumatismes crâniens [237, 247]. Au cours de l’hypothermie

induite de courte durée, comme c’est le cas dans l’indication de neuroprotection en post arrêt

cardiaque, les risques liés à une humidification non optimale sont probablement moins

importants. Par ailleurs, compte tenu de l’immunosuppression induite par l’hypothermie

[248], des lésions bronchiques induites par une sous-humidification, ou la survenue

d’atélectasies pourraient augmenter le risque d’infections nosocomiales chez ces patients.

L’hypothermie, technique relativement récente pose plusieurs problèmes

pratiques actuellement non maîtrisés. La présence d’une alcalose respiratoire, lors de la mise

en hypothermie [249] peut entraîner un risque de vasospasme cérébral [250], évidemment

délétère, d’hypokaliémies avec un surcroît de troubles du rythme [249]. La réduction du

volume courant pour limiter l’alcalose, associé à une humidification inadéquate pourrait

également placer le patient dans une situation à risque d’atélectasies.

Conclusion

Cette étude montre que l’hypothermie modérée entraîne une situation influençant les

différents systèmes d’humidification, avec une sous humidification profonde des gaz avec les

filtres humidificateurs et une possible sur-humidification avec les humidificateurs chauffants.

Les conséquences cliniques de ces humidifications inadéquates sont encore mal connues. En

cas d’utilisation prolongée de l’hypothermie thérapeutique en particulier, il faut avoir

connaissance des risques potentiels d’atélectasies, d’occlusion de sonde d’intubation, en plus

des autres effets associés à l’hypothermie et qui commencent à être décrits.

111

20

25

30

35

40

45

ECH

Normothermie

ECH

Hypothermie

HH

Hypothermie

HH (30L/Min)

Hypothermie

Humid.chauffant

Hypothermie

Hum

idit

é A

bsol

ue (

mgH

2

O/L

)

Figure II.19 : Humidité absolue inspiratoire (mgH2O/L) lors des différentes périodes d’étude Valeurs individuelles en noir, moyenne en gris ECH : Echangeur de Chaleur et d’Humidité HH 15 : Humid-Heat réglé à 15L/min, HH 30 : Humid-Heat réglé à 30L/min Ligne grise en pointillé : limite correspondant à la valeur du contenu maximal d’eau d’un gaz à 33 °C

R2 = 0,9763

20

25

30

35

40

20 25 30 35 40

Humidité Absolue Expirée (mgH2O/L)

Hum

idit

é A

bsol

ue I

nspi

rée

(mgH

2

O/L

)

Figure II.20 : Corrélation entre l’humidité absolue inspirée (mgH2O/L) en fonction de l’humidité expirée avec les filtres humidificateurs

ECH ECH

Hypothermie

HH 15

Hypothermie

HH 30

Hypothermie

Humidificateur

Chauffant

112

Article hypothermie

8 pages

113

114

115

116

117

118

119

120

II.4 Synthèse sur l’évaluation des performances des systèmes d’humidification au cours

de la ventilation invasive

Synthèse des évaluations hygrométriques

Nous avons mesuré avec la même technique de mesure de l’hygrométrie (la

psychrométrie), une très large variété de systèmes d’humidification actuellement disponibles

sur le marché, la majorité des humidificateurs chauffants anciens et plus récents, la majorité

des filtres humidificateurs disponibles sur le marché et la majorité des filtres actifs

disponibles sur le marché. En nous basant sur les données de la littérature (Tableau II.7) et sur

les résultats de nos différentes études, nous avons pu construire une échelle de risque

psychrométrique d’occlusion des sondes d’intubation (Figure II.21).

Figure II.21: échelle de risque psychrométrique. Position des différents systèmes d’humidification existant en rapport avec leurs performances hygrométriques et avec les données de la littérature. Entre 25 et 30 mgH2O/L existe une zone d’ombre où le risque d’occlusion existe mais est moins connu. Sous 25 mgH2O/L, ce risque est important [11-15], et au-delà de 30 mgH2O/L, le risque est faible [112, 113, 115, 116]. Par ailleurs, le risque de sur-humidification avec les systèmes les plus performants est actuellement difficile à estimer.

20 25 30 403520 25 30 4035

Filtres hydrophobique(BB 2215)

HA (mgH2O/L)15

HCdernière génération

(réglage standard,situations à risque)

HCdernière génération

(réglage optimisé)

Filtres mixtes

performants

Filtres « actifs »Booster

Filtres « actifs »

Humid-Heat

HCpremièregénération

(réglage 32°C)

Risque élevé d’occlusion Faible risque d’occlusion

HCpremièregénération

(réglage 35°C)

HCdernière génération

(réglage standard)

121

Tableau II.7 : Synthèse des études publiées comparant les filtres et les humidificateurs chauffants (partie haute du tableau) ou évaluant des filtres (partie basse du tableau), pour lesquelles la fréquence des occlusions de sonde est rapportée. Les systèmes d’humidification sont rapportés. Pour les filtres humidificateurs, les performances mesurées par la méthode psychrométrique lors de l’étude 3 sont rapportées. ND : Non disponible.

Humidificateurs chauffants Filtres Humidificateurs

Etude [référence]

Système Utilisé

Nombre de patients /Nombre

d'occlusions

Pourcentage d'occlusions

Système Utilisé

Nombre de patients /Nombre

d'occlusions

Pourcentage d'occlusions

Humidité Absolue (psychrométrie)

Cohen [11] Cascade 81/1 1,2 BB2215 170/15 8,8 21,8

Martin [12] HHBW (32°C) 42/0 0,0 BB2215 31/6 19,4 21,8

Misset [13] MR 450 (32-34°C) 26/2 7,7 BB2215 30/4 13,3 21,8

Roustan [14] Aquapor (31-32°C) 61/0 0,0 BB2215 55/9 16,4 21,8

Branson [123] Conchaterm III (32-34°C) 32/0 0,0 Aqua+ 88/0 0,0 ND

Dreyfuss [113] MR 450 70/0 0,0 Hygrobac 61/1 1,6 31,7

Villafane [15] MR 310 (32°C) 7/1 14,3 BB2215 8/3 37,5 21,8

Hygrobac 8/0 0,0 31,7

Boots [141] MR 730 (37/35) 41/0 0,0 Humid Vent Light 75/0 0,0 30,8

Hurni [119] F&P (32°C) 56/1 1,8 Hygroster 59/0 0,0 30,7

Kirton [125] Marquest 140/1 0,7 BB100 140/0 0,0 26,8

Kollef [117] MR 730 (35-36) 147/0 0,0 Duration 163/0 0,0 ND

Thomachot [149] Cascade 2 (32°C) 20/0 0,0 Humid Vent Light 9/0 0,0 30,8

Jaber [16] MR 730 (37/40) 34/2 5,9 Hygrobac 26/1 3,8 31,7

Lacherade [116] MR 730 (37/40) 185/5 2,7 Hygrobac 185/1 0,5 31,7

Boots [124] MR 730 (37/40 ou 37/35*) 191/0 0,0 Humid Vent Light 190/0 0,0 30,8

Total 1133/13 1,1 Total 1 1298/40 3,1

Total 1 (hors BB2215) 814/3 0,4

Thomachot [251] Humid Vent Light 66/1 1,5 30,8

BB100 70/1 1,4 26,8

Thomachot [242] Humid Vent 77/1 1,3 30,8

Clear Therm 63/0 0,0 26,2

Boisson [151] Maxipleat 12/0 0,0 20,1

Davis [111] Aqua + (24 h) 100/0 0,0 ND

Duration (120 h) 60/0 0,0 ND

Aqua + (120 h) 60/0 0,0 ND

Markowicz [114] Hygrobac 21/0 0,0 31,7

Humid Vent 20/0 0,0 30,8

Clear Therm 20/0 0,0 26,2

Ricard [115] Hygrobac 33/0 0,0 31,7

Thomachot [100] Thermovent Hepa + (1j) 84/0 0,0 27,8

Thermovent Hepa + (7j) 71/0 0,0 27,8

Boyer [99] Edithflex 22/0 0,0 ND

Hygrolife 21/0 0,0 ND

Total 2 800/0 0,4

Total 1+2 2098/43 2,0

Total 1+2 (hors BB2215) 1614/6 0,4

122

Figure II.22: Fréquence des occlusions des sondes d’intubation en fonction de l’humidité absolue délivrée par les filtres humidificateurs utilisés (Tableau II.7). Seules les données concernant les filtres ont été utilisées compte tenu de la variabilité des performances des humidificateurs chauffants. A noter une étude discordante [151], représentée par le point entouré à gauche, où aucune occlusion de sonde n’avait été notée malgré des performances très basses du filtre utilisé. Mais cette étude ne comprenait que 12 patients, ce qui ne permet pas de conclure à la sécurité de ces systèmes d’humidification.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

20 25 30 35

Humidité Absolue (mgH2O/L)

% Occlusions de sonde

123

Humidificateurs chauffants

Dans l’étude 1 nous avons démontré que les performances des humidificateurs

chauffants avec fils chauffants sont très variables, entre 20 et 35 mgH2O/L environ et sont

influencées par les conditions extérieures en particulier la température ambiante et la

température de sortie de ventilateur. Des niveaux d’humidification très bas (aux alentours de

20 mgH2O/L et même en-dessous), décrits comme étant à risque d’entraîner des occlusions de

sonde, sont délivrés par ces systèmes dans les situations les plus défavorables (température

ambiante élevée, utilisation de ventilateur à turbine et ventilation minute élevée). Ces niveaux

d’hygrométrie étaient comparables à ceux mesurés avec les filtres BB2215, avec lesquels la

fréquence des occlusions de sonde allait de 10 à 20% [11-15]. Autre fait intéressant, il existe

des différences notables entre nos résultats et ceux fournis par les fabricants pour les

humidificateurs chauffants avec fils chauffants (44 mgH2O/L) ; cela plaide fortement en

faveur d’évaluations indépendantes des systèmes d’humidification.

Dans une autre étude (complément de l’étude 1, présentée en annexe), nous avons

évalué l’influence de la température ambiante et des ventilateurs pour de nombreux

humidificateurs chauffants, en particulier pour ceux des générations précédentes fonctionnant

avec des pièges à eau ayant des systèmes de régulation différents. Cette étude a montré pour

des réglages équivalents aux humidificateurs chauffants avec fils chauffants (35 et 37°C à la

pièce en Y), que les humidificateurs sans fils chauffants (i) ont des performances beaucoup

plus stables et peu influencées par les conditions extérieures et (ii) délivrent des gaz

inspiratoires ayant des niveaux d’humidité absolue au-dessus de 30 mgH2O/L. En revanche,

(iii) pour des réglages plus traditionnels (32°C), les performances de ces systèmes étaient

proches de la limite des 30 mgH2O/L et parfois en-dessous.

Plus récemment, nous avons évalué des humidificateurs chauffants de technologie

différente ainsi que des appareils incorporant un algorithme permettant de limiter les risques

de sous-humidification (complément étude 1, présenté en annexe). Nous avons trouvé des

améliorations notables avec le nouvel algorithme du MR 850 et de bonnes performances avec

l’humidificateur HC 200 (Grundler) permettant d’obtenir des niveau d’humidité absolue

entre 35 et 40 mgH2O/L, avec une influence modérée de la température ambiante, des débits

et des volumes courants utilisés.

Nous avons complété l’étude sur les humidificateurs chauffants par l’évaluation du

risque de condensation dans les circuits avec ces systèmes (étude 2). Nous avons montré que

ce problème reste entier. Cette question a été soulevée depuis longtemps avec ces systèmes et

l’utilisation de fils chauffants devait en limiter les conséquences. Pourtant, même avec les

humidificateurs utilisant des fils chauffants, la fréquence de la condensation dans les circuits

124

inspiratoires reste très élevée, en particulier avec les ventilateurs à turbine. Par ailleurs, les

nouveaux circuits expiratoires « poreux » ont été évalués. L’intérêt de ces circuits est de

réduire le contenu en eau dans la voie expiratoire et de limiter la température à l’entrée du

ventilateur, ce qui pourrait limiter les risques d’interférence avec les mesures des débits

expiratoires avec certains pneumotachographes.

Filtres humidificateurs et filtres actifs

Performances des filtres humidificateurs. Comparaisons avec la littérature.

Comme pour les humidificateurs chauffants, de nombreuses améliorations

technologiques ont entraîné l’apparition de nouveaux modèles de filtres humidificateurs sur le

marché. Les premiers filtres en aluminium, très volumineux généraient un espace mort et une

résistance importante. L’amélioration des matériaux utilisés a permis une réduction de la taille

des filtres humidificateurs ainsi qu’une amélioration de leurs performances. Nous avons

réalisé une évaluation des performances d’humidification de 48 filtres humidificateurs

proposés à l’appel d’offre de l’Assistance Publique des Hôpitaux de Paris (étude 3). Le

principal résultat est la grande hétérogénéité des performances de ces systèmes. Les plus

performants permettent d’être au-dessus de 30 mgH2O/L, mais certains filtres humidificateurs

proposés pour l’humidification des voies aériennes donnent des contenus en eau inférieurs à

25 et parfois inférieurs à 20 mgH2O/L. Par ailleurs, en comparant avec les données des

fabricants, nous avons noté des écarts parfois notables, ce qui plaide encore une fois pour la

réalisation d’évaluations indépendantes.

En utilisant les données de cette étude et en reprenant dans la littérature les données

sur les occlusions de sonde avec les filtres, il ressort que les filtres BB2215 ayant des

performances d’environ 22 mgH2O/L entraînent une augmentation nette du risque d’occlusion

de sonde (Tableau II.7 et Figure II.22). Les filtres ayant des performances supérieures à 25

mgH2O/L ont des risques peu élevés. Mais, il n’existe que peu de données avec des systèmes

d’humidification ayant des performances intermédiaires (entre 25 et 30 mgH2O/L), les

quelques études disponibles démontrent que le risque d’occlusion de sonde est également

faible dans cette zone [100, 125, 251]. Néanmoins, on peut penser que ce risque est

directement lié aux performances et que même s’il n’existe pas de données formelles sur le

risque d’occlusion au-delà de 25 mgH2O/L, par prudence il semble préférable de se

rapprocher ou dépasser 30 mgH2O/L pour limiter les risques.

Dans la littérature, il existe plusieurs études discordantes, mais elles ne doivent pas

rassurer. D’abord l’étude de Boisson et al [151], où avec un filtre hydrophobique dont les

performances dépassaient à peine 20 mgH2O/L, aucune occlusion de sonde n’avait été notée.

125

Mais cette étude n’avait inclus que 12 patients. Alors que la question principale est celle de la

sécurité, on ne peut pas conclure positivement compte tenu du faible effectif de patients. Par

ailleurs, Kapadia et al [49, 50] rapporte la fréquence des occlusions de sonde sur une série de

près de 8000 patients sur une durée de cinq ans. Alors que les filtres utilisés étaient des filtres

BB2215 (22 mgH2O/L) et des Cleartherm (26 mgH2O/L), la fréquence des occlusions était

« seulement » de 0,16%. En analysant les résultats, il ressort que la durée moyenne de

ventilation mécanique était inférieure à 2 jours. Ce paramètre doit donc, de toute évidence être

pris en compte pour analyser le risque d’occlusion. Ces publications discordantes par rapport

aux recommandations et aux autres études ne peuvent donc pas rassurer.

Par ailleurs, il faut se questionner sur le paramètre clinique qu’est l’occlusion de sonde

d’intubation, utilisé dans de la plupart des études. C’est un paramètre facile à repérer, mais il

représente seulement la partie facilement visible du problème. Les études utilisant d’autres

paramètres sont difficiles à interpréter car elles comparent des systèmes d’humidification

ayant des performances proche et sans mesures hygrométriques associées permettant de

savoir ce qui est comparé. Les études de Hurni et al [119] et de Nakagawa et al [252] utilisent

des techniques originales (examen cytologique des cellules bronchiques dans un cas et

propriétés rhéologiques des sécrétions dans un autre) et comparent des filtres humidificateurs

avec des humidificateurs chauffants de première génération. Mais les performances de ces

systèmes sont très proches (probablement moins de 5 mgH2O/L de différence), ce qui ne

permet pas de dégager de différence sur le paramètre étudié. Par ailleurs, l’étude de Jaber et al

[16] utilise la méthode acoustique pour évaluer la résistance des sondes d’intubation avec des

filtres et des humidificateurs chauffants (avec fils chauffants), mais sans associer de données

hygrométriques, ce qui rend difficile l’interprétation de ces données. D’une façon générale

dans la littérature, il semble exister comme hypothèse de départ que les humidificateurs

chauffants ont des performances supérieures aux filtres. Nous avons montré que cela ne peut

pas être utilisé comme acquis, en particulier avec les humidificateurs ayant des fils chauffants.

Performances des filtres actifs

Plusieurs études ont évalué les filtres actifs en les comparant aux filtres

humidificateurs (études 4 et 5). Les filtres actifs testés avaient des performances supérieures

aux meilleurs filtres humidificateurs : environ + 3mgH2O/L avec le Booster™ et environ + 5

mgH2O/L avec l’Humid-Heat™ dans les conditions standard d’utilisation. Le bénéfice

clinique de passer de 30 à 35 mgH2O/L n’est pas clair dans la littérature. Par ailleurs, nous

avons montré que ni les filtres actifs, ni les filtres humidificateurs testés (hydrophobiques et

hygroscopiques) n’étaient influencés par la température ambiante ou la ventilation-minute.

126

Résistances des filtres humidificateurs

Pour compléter l’étude des filtres humidificateurs, nous avons évalué l’évolution des

résistances de ces systèmes après utilisation (étude 6) et avons comparé l’impact du gaz

utilisé (air ou héliox) sur les résistances de ces systèmes et des autres éléments du circuit.

Nous avons évalué 121 filtres utilisés. Avec l’air, pour un débit de 1L/s, les résistances

passaient de 1,98 avant utilisation à 2,54 cmH2O/L/s. Avec l’héliox, les résistances

augmentaient de 2,17 à 2,78 cmH2O/L/s. Les résistances mesurées en air et en héliox étaient

significativement supérieures avec l’héliox ce qui suggère un écoulement laminaire dans les

filtres. L'évolution des résistances était identique chez les patients BPCO et les non BPCO.

Les résistances après utilisation étaient > 3 cmH2O/L/s en air dans 19 % des cas, et

supérieures à 4 cmH2O/L/s dans 4% des cas. Par ailleurs, en comparant les résistances des

filtres avec les autres éléments du circuit, nous avons montré qu’avec l’héliox comme gaz

moteur, les résistances des filtres ont un poids plus important sur les résistances totales du

circuit que lorsque l’air est utilisé.

Par ailleurs, nous avons évalué l’impact de l’hypothermie modérée utilisée à visée

neuro-protectrice sur les différents systèmes d’humidification (étude 7). Nous avons montré

que l’hypothermie modérée entraîne une situation influençant les différents systèmes

d’humidification, avec une sous-humidification profonde des gaz avec les filtres

humidificateurs, des performances insuffisantes avec les filtres actifs et une possible sur-

humidification avec les humidificateurs chauffants.

En conclusion, nous avons montré que les systèmes d’humidification ont des

performances d’humidification très variables avec une influence importante des conditions

extérieures pour les humidificateurs chauffants (température de sortie des ventilateurs et

température ambiante) et de la température des patients pour les filtres.

Les humidificateurs chauffants avec fils chauffants ont des performances très

diminuées si la température d’entrée de la chambre d’humidification est élevée, ce qui peut

arriver lorsque la température ambiante est élevée (absence d’air climatisé ou humidificateur

« en plein soleil ») ou lorsque la température de sortie de ventilateur est élevée (ventilateur à

turbine). Les humidificateurs sans fils chauffants ont des performances influencées par les

réglages comme attendu. Les réglages longtemps recommandés avec ces humidificateurs

(température à la pièce en Y 30 à 32°C permettent à peine de délivrer des gaz proches de 30

mgH2O/L).

127

Les filtres humidificateurs ont des performances très hétérogènes et seulement

quelques modèles atteignent ou approchent les 30 mgH2O/L. Les performances des filtres

sont influencées principalement par la température du patient et les patient hypothermes dont

le contenu en eau des gaz expiratoires est plus bas que les patients normothermes pourraient

avoir des performances insuffisantes. Concernant les résistances des filtres, celles-ci sont

stables même en cas de ventilation prolongée. Elles peuvent être élevées lorsque les filtres

sont souillés en particulier avec des sécrétions hémorragiques. En cas d’utilisation de

l’hélium, les résistances des filtres comptent pour une part importante des résistances du

circuit.

Pour éviter de sous-humidifier les gaz délivrés aux patients, le choix du système

d’humidification devrait tenir compte des mesures indépendantes des performances ainsi que

du type de patient (en particulier de sa température corporelle), des conditions extérieures

(variations de la température ambiante) et du type de ventilateur utilisé (turbine vs ventilateur

de réanimation).

Ces données concernant les performances des systèmes d’humidification s’ajoutent

aux autres éléments qui différencient les filtres humidificateurs et les humidificateurs

chauffants que sont le coût et les effets liés à l’espace mort des systèmes d’humidification et

qui peuvent influencer le clinicien lors du choix du type d’humidification à utiliser pour un

patient ou une population donnée.

128

III. EVALUATIONS DES PERFORMANCES D’HUMIDIFICATION AU COURS DE

LA VENTILATION NON INVASIVE

III.1. Performances hygrométriques au cours de la ventilation non invasive

o Performances de différentes stratégies d’humidification au cours de la VNI

(Etude 8)

Abstract :

- Lellouche F., Maggiore SM, Fischler M., Pigeot J., Brochard L. Mesures hygrométriques chez des sujets sains sous ventilation non-invasive en fonction du type d’humidification. Réan Urg 2000; 9 : 122s. - Lellouche F., Maggiore SM, Fischler M., Pigeot J., Brochard L. Hygrometry during non-invasive ventilation with different humidification strategies in healthy subjects. Am J Respir Crit Care Med 2001; 163(5):A680.

Introduction

Il n’existe aucune recommandation concernant le type d’humidification à utiliser au

cours de la VNI [64-66]. La dernière conférence de consensus sur la VNI n'a pas abordé le

sujet faute de données. En particulier, les données d’hygrométrie sont inexistantes au cours de

la ventilation non invasive.

Richards a montré chez des sujets sains que l'utilisation de gaz secs au cours de la

CPAP entraînait une augmentation très importante des résistances nasales [253]. Pourtant,

cette étude utilisait un modèle assez éloigné de la VNI pour insuffisance respiratoire aiguë.

Les sujets sains étaient ventilés avec un masque nasal et avec la bouche ouverte, simulant des

fuites importantes. Ce modèle se rapproche plus des patients ventilés pour apnée du sommeil.

La sécheresse buccale figure parmi les complications de la VNI les plus souvent rapportées

[254]. Un cas d'obstruction des voies aériennes supérieures en rapport avec une sous-

humidification des gaz a été décrit [255].

Par ailleurs, les études sur les différents types d'humidification réalisées chez les

patients intubés ne sont pas transposables à la ventilation non invasive, la problématique de

l'humidification étant très différente (Figure I.1, page 15):

- les voies aériennes supérieures du patient sous VNI ne sont pas court-circuitées,

contrairement au patient intubé, donc l'absence d'utilisation de système d'humidification des

gaz peut éventuellement se discuter. Pourtant, cette ventilation est éloignée des conditions de

la ventilation spontanée puisque les gaz inspirés peuvent être très secs, la respiration est

souvent buccale, situation où l’humidification des gaz est moins efficace que par la bouche

[31, 32], les débits ventilatoires sont beaucoup plus élevés au cours de la VNI.

- la ventilation se fait en système ouvert, avec la présence fréquente de fuites. L'impact

de ces fuites sur le fonctionnement des systèmes d'humidification n'est pas connu.

129

Cette étude avait pour but de déterminer les valeurs d'humidité absolue des gaz inspirés au

cours de la VNI en fonction :

(i) du type de système d'humidification utilisé

(ii) du gaz moteur utilisé

(iii) des fuites

(iv) du niveau de ventilation/minute

Méthode (Figure III.1):

12 sujets sains ont été ventilés en VNI au masque facial après randomisation, avec :

A- 3 types d’humidification : Humidificateur Chauffant (MR 850 Fischer&Paykel

utilisé sans système de compensation) (HC), Filtre échangeur d’humidité et de chaleur

(Hygrobac DAR, Mallinkrodt) (F) ou Absence d’Humidification (AH)

B- 3 niveaux d'humidité des gaz à la sortie du ventilateur:

PB 840 : gaz muraux secs (2 à 5 mgH2O/L) (FiO2 réglé à 21%)

T-Bird à 21% de FiO2 : gaz provenant de l’air ambiant (12 à 15 mgH2O/L)

T-Bird à 50% de FiO2 : mélange de gaz muraux et d’air ambiant (8 à 10 mgH2O/L)

Les sujets sains ont participé à l’étude 3 jours différents, un jour pour l’étude de chaque

ventilateur (PB 840, T-Bird 21% et T-Bird 50%). L’ordre des ventilateurs étudiés et l’ordre

du type d’humidification étudié était tiré au sort.

Le mode utilisé était l’aide inspiratoire avec un niveau d’aide entre 8 et 12 cmH2O pour

obtenir un confort optimal. Le niveau de PEP était à 0 cmH2O pour tous les sujets et toutes les

périodes étudiées.

C- en l’absence de fuite et en présence de 50% de fuites (Vte/Vti = 50%)

D- avec une ventilation normale et une période d’hyperventilation à plus de 20L/min

(en l’absence de fuites).

Pour chaque modalité, des mesures hygrométriques des gaz inspirés étaient réalisées par la

méthode de la psychrométrie après 15 minutes de ventilation. De même, la température et

l’hygrométrie des gaz de l’air ambiant ont été mesurées au début de chaque journée d’étude et

la température de la pièce était maintenue constante.

Pour s'affranchir des biais liés à la technique de mesure, les résultats obtenus ont été

comparés à une deuxième série de mesures réalisée avec un autre type d'hygromètre à réponse

rapide (Figure III.5) chez 12 autres sujets sains. Cette deuxième série a été réalisée avec les

trois types d'humidification, avec et sans fuite et avec deux types de ventilateurs : (T-Bird à

21% et PB 840).

130

Résultats:

12 sujets sains ont participé à chaque évaluation. Tous les sujets sains ont réalisé l’ensemble

des périodes prévues.

La température ambiante moyenne ainsi que l’hygrométrie de l’air étaient identiques pour

l’étude des différents ventilateurs. Dans l’air ambiant, la température moyenne pendant les

périodes d’étude a été de 23,6±1,2 °C, l’humidité relative de 54,8±8,6% et l’humidité absolue

de 11,7±2,2 mgH2O/L.

Les humidificateurs chauffants ont des performances d’humidification entre 25 et 30

mgH2O/L quels que soient le ventilateur et le niveau des fuites (Figures III.2 et III.6).

En l'absence de fuite, les filtres ont les mêmes niveaux de performances que les

humidificateurs chauffants, quel que soit le ventilateur utilisé (Figure III.2 et III.6). En

présence de fuite, les filtres perdent une grande partie de leur efficacité, quel que soit le

ventilateur utilisé (Figures III.2 et III.3).

L'absence d'humidification entraîne une humidification très faible particulièrement en cas

d'utilisation exclusive de gaz muraux mais n'est pas influencé par les fuites (Figure III.2).

L’hyperventilation ne modifie pas les performances des différentes stratégies

d’humidification (Figure III.4).

Les résultats retrouvés lors de la deuxième série de mesures avec l'hygromètre à réponse

rapide sont identiques aux premiers si l'on considère les valeurs d'humidité absolue de fin

d'inspiration (valeurs minimales). Ces résultats sont résumés sur la figure III.6.

Discussion

Cette étude est la première à décrire l’hygrométrie des gaz au cours de la VNI et à

montrer l’influence des fuites sur les performances des systèmes d’humidification au cours de

la VNI. Les stratégies d’humidification influencent très fortement le contenu en eau délivré

qui peut aller de moins de 5 mgH2O/L à près de 30 mgH2O/L (Figure III.2). Bien qu’il

n’existe pas de recommandation sur le niveau optimal d’humidité à délivrer au patient au

cours de la VNI, et compte tenu des conditions de la VNI (hauts débits, respiration buccale

fréquente, fréquence des patients ayant une hyperréactivité bronchique), il est souhaitable,

d’éviter de délivrer des gaz secs (inférieurs à 10 mgH2O/L). Chez des patients sous CPAP, il

existe fréquemment des signes de sècheresse des muqueuses [176-178, 256]. Dans une étude

évaluant la CPAP humidifiée avec différents systèmes, au-delà de 10 mgH2O/L, cette

symptomatologie est moins fréquente [257]. Il a été montré que la tolérance et la compliance

au traitement étaient meilleures lorsque les gaz délivrés au cours de la CPAP étaient

humidifiés [176, 256].

131

Dans cette étude, quel que soit le type de ventilateur utilisé le niveau de ventilation et

le niveau des fuites, les humidificateurs chauffants restaient performants (Figure III.2). En

comparaison avec l’étude de Holland et al [258] où un humidificateur HC 100 était utilisé

dans des conditions expérimentales in vitro, les performances du MR 850 étaient meilleures

dans ces conditions optimales d’utilisation. En effet, avec le HC 100, l’humidité absolue

délivrée allait de 21,3 à 23,6 mgH2O/L [258].

En l'absence de fuite, les filtres humidificateurs étaient aussi efficaces que les

humidificateurs chauffants au cours de la VNI. En présence de fuites, les filtres perdent leurs

"réserves en eau" donc une partie importante de leur efficacité (Figures III.2 et III.3). Ce

comportement avait précédemment été décrit avec un modèle de sonde d’intubation sans

ballonnet, comme utilisé en pédiatrie. Cette situation favorise également les fuites ce qui

entraînait une diminution des performances des filtres [259].

En cas d'utilisation d'un ventilateur à turbine, et à condition d’être à des niveaux

faibles de FiO2, l’absence d’humidification est peut-être envisageable puisque le gaz délivré à

un contenu en eau proche de 15 mgH2O/L, qui n’est pas influencé par les fuites (Figure III.2).

Le niveau d’humidité délivré dépend probablement beaucoup de l’hygrométrie de l’air

ambiant. Dans notre étude, l’humidité relative était de 54,8±8,6% et l’humidité absolue de

11,7±2,2 mgH2O/L. Dans l’étude de Holland et al, réalisée dans une pièce climatisée,

l’humidité absolue délivrée par l’intermédiaire d’un ventilateur à turbine (BIPAP, respironics)

en l’absence d’humidification n’était que de 4,8 à 5,3 mgH2O/L [258]. L’absence

d’humidification avec un ventilateur utilisant des gaz muraux entraîne l’administration de gaz

très secs proches de 5 mgH2O/L, potentiellement délétères.

Dans cette étude deux hygromètres différents ont été utilisés : un hygromètre utilisant

la psychrométrie, méthode avec laquelle, nous avons acquis une bonne expérience et un

hygromètre à capacitance [202], déjà utilisé par d’autres équipes [98, 111, 142, 149, 151]. La

limite majeure de ce dernier hygromètre est, compte tenu de sa réponse moyenne, l’écart

important existant entre les valeurs maximum, moyennes et minimum d’humidité absolue,

allant jusqu’à plus de 30 mgH2O/L (Figure III.5). Les mesures réalisées avec ces différents

hygromètres ont néanmoins montré des résultats proches si l’on considère les valeurs

minimum pour l’hygromètre à capacitance (Figures III.2 et III.5).

Une des limites de cette étude est que les conditions d’expérience étaient optimales

pour l’évaluation des humidificateurs chauffants : la température ambiante était en moyenne

de 23,6°C et les ventilateurs n’étaient démarrés qu’au moment de l’expérimentation. Cette

situation favorable empêchait d’obtenir des niveaux élevés de température de sortie de

ventilateur [167]. Dans d’autres conditions, les performances des humidificateurs peuvent ne

132

pas être aussi bonnes (étude 9). Par ailleurs, l’étude du confort n’a pas été réalisée dans cette

étude. Enfin, ces données sont descriptives et ne permettent pas de donner de

recommandations claires sur le niveau optimal d’hygrométrie à utiliser au cours de la VNI. En

se basant sur les données rapportées au cours de la CPAP, qui permettent de dire que des gaz

ayant moins de 10 mgH2O/L entraînent une symptomatologie de sécheresse buccale et

d’inconfort [257], on peut néanmoins estimer que l’absence d’humidification avec un

ventilateur de réanimation (utilisant uniquement des gaz secs) ou un ventilateur à turbine

utilisant une FiO2 supérieure à 50% entraînent l’administration de gaz secs pouvant entraîner

une sécheresse buccale. Le niveau optimal pour éviter de majorer une hyperréactivité

bronchique ou pour éviter le risque d’atélectasies n’est pas connu.

133

Figure III.1: méthodologie pour l’évaluation de l’hygrométrie des gaz inspiratoires au cours de la VNI en fonction de la méthode d’humidification (humidificateur chauffant-MR850, F&P en position VNI, filtre humidificateur-Hygrobac, Tyco ou absence d’humidification), du type de gaz moteur (sec, air ambiant ou intermédiaire) en présence ou non de fuites et avec ou sans hyperventilation. L’hygrométrie des gaz inspiratoires était mesurée par la méthode psychrométrique.

Figure III.2: Humidité absolue des gaz inspiratoires au cours de la VNI en fonction de la méthode d’humidification, du type de gaz moteur [sec (PB840), air ambiant (T-Bird 21% de FiO2) ou intermédiaire (T-Bird 50% de FiO2)] en présence ou non de fuites. Mesures réalisées avec la méthode psychrométrique. HC : humidificateur chauffant ; AH : absence d’humidification

PB 840(gaz secs)

T-Bird(Turbine)

FiO2 21%

FiO2 50%

Humidification :

1) Humidificateur Chauffant

2) Filtre Humidificateur

3) Absence d’humidification

Psychromètre

Absence de fuite

50% de fuites

Ventilation normale

Hyper-ventilation

0

5

10

15

20

25

30

35

HC HC-fuites

Filtre Filtre-fuites

AH AH -fuites

Humidité Absolue (mgH 2O/L)

PB840

T- Bird 50%

T- Bird 21 %

134

Figure III.3: variation de l’humidité absolue délivrée avec des fuites avec les différentes méthodes d’humidification des gaz au cours de la VNI. ∆ Humidité absolue = Humidité absolue sans fuite – Humidité absolue avec fuite

Figure III.4: variation de l’humidité absolue inspiratoire en fonction de la ventilation minute. Des périodes de ventilation normales (barres noires) et d’hyperventilation (avec ventilation-minute cible supérieure à 20L/min) (barres blanches). Mesures réalisées avec le ventilateur PB 840. HC : humidificateur chauffant ; F : Filtres ; AH : absence d’humidification

0

2

4

6

8

10

12

14

PB 840 T-Bird 50 % T-Bird 21 %

∆ H

umid

ité

abso

lue

(mg

H

2O/L

)

Humidificateur chauffantFiltre humidificateurAbsence d'humidification

0

5

10

15

20

25

30

35

HC HC-Hyperventil

F F-Hyperventil

AH AH-Hyperventil

Hum

idit

é A

bsol

ue (

mgH

2O

/L)

135

Figure III.5: Exemples de tracés de l’humidité absolue des gaz inspiratoires au cours de la VNI en fonction de la méthode d’humidification, en présence ou non de fuites, recueillis avec un hygromètre à réponse rapide, sans utilisation de séparateur de flux.

Figure III.6: Humidité absolue des gaz inspiratoires au cours de la VNI avec et sans fuite dans différentes conditions. Mesures réalisées avec un hygromètre à capacitance. HC : humidificateur chauffant ; F : Filtre ; AH : absence d’humidification

0

10

20

30

40

50

0 20 40 60 80Temps (s)

Hum

idit

é A

bsol

ue (

mgH

2O

/l)

Absence de fuite

50% de fuite

Absence d'humidification

turbine

Absence d'humidificationgaz muraux

FiltreHumidificateur

Humidificateur chauffant

0

5

10

15

20

25

30

35

40

HC HC-Fuites

F F-Fuites AH AH-Fuites

Humidité Absolue (mgH 2O/L)

PB840

T-Bird 21%

136

o Influence de la température ambiante et de la température de sortie de ventilateur

au cours de la VNI (Etude 9)

Abstract : Lellouche F., Taillé S., Maggiore SM, Qader S., L’Her E., Deye N., Brochard L. Influence of ambient and ventilator output temperatures on performance of new heated humidifiers. Am J Respir Crit Care Med 2002; 165: A788.

Introduction

Il a été montré une dysfonction des humidificateurs chauffants avec fils chauffants

lorsque la température d’entrée de chambre est élevée (en raison d’une température ambiante

élevée ou de la température élevée des gaz à la sortie des ventilateurs). Cette dysfonction est

en rapport avec le gradient entre cette température d’entrée de chambre et la consigne de

température de sortie de chambre. Plus ce gradient est faible, moins la plaque chauffante sera

activée et moins chaude sera l’eau contenue dans la chambre d’humidification, donc la vapeur

d’eau dans la chambre d’humidification (Figure III.7). Au cours de la VNI, le gradient est

encore plus faible pour plusieurs raisons. La première raison est que la consigne de

température de sortie de chambre est plus basse : 31°C pour le réglage « VNI » vs 37°C pour

le réglage « intubation » tel que recommandé par le fabricant. La seconde raison est la

fréquence élevée d’utilisation de ventilateurs à turbine au cours de la VNI. Enfin, la

ventilation/minute chez ces patients est parfois très élevée en particulier chez les patients

hypoxémiques.

Pourtant, même si les voies aériennes ne sont pas court-circuitées, il est préférable

d’humidifier les gaz délivrés aux patients au cours de la VNI. Les débits d’insufflation sont

souvent très élevés, avec des gaz plus secs que les gaz de l’environnement (étude 8), et les

patients concernés ont souvent une hyperréactivité bronchique [21, 22]. Par ailleurs, la bonne

tolérance de la technique semble être un facteur de succès de la VNI [169, 175]. Chez les

patients traités par la CPAP nocturne au long cours, une humidification insuffisante des voies

aériennes entraîne une symptomatologie de sécheresse et réduit la compliance des patients au

traitement [176, 256]. Cette symptomatologie semble disparaître lorsque les gaz délivrés ont

un contenu en eau supérieur à 10 mgH2O/L [260].

Le but de cette étude était donc d’évaluer l’influence de la température ambiante et de

la température de sortie des ventilateurs dans cette situation à risque de dysfonction qu’est la

ventilation non invasive.

137

Méthode :

L’étude a été réalisée sur banc.

L’hygrométrie des gaz inspiratoires a été mesurée sur banc par la méthode de la

psychrométrie, à l’équilibre dans différentes conditions :

1) à deux températures ambiantes : « normale » 22 à 24 °C, « élevée » 28 à 30 °C

2) avec deux ventilateurs dont la température de sortie des gaz est très différente :

Evita 4 (environ 30°C) (Dräger Medical, Lübeck, Germany) et le T-Bird (environ 40 °C)

(Viasys Healthcare, Conshohocken, PA). Le T-Bird a été étudié à 21 et à 100% de FiO2.

3) à deux niveaux de ventilation (10L/min : FR25 Vt400 et 21L/min : FR35 Vt600)

4) Plusieurs humidificateurs chauffants ont été testés : MR 730 (Fisher&Paykel), MR

850 (Fisher&Paykel) « avec compensation » (version du software 560), Aerodyne Ultratherm

(Kendall, Tyco Healthcare, Mansfield, MA). Les humidificateurs étaient réglés sur différentes

positions (température de sortie de chambre / température à la pièce en Y): F&P 730 : 31/34,

34/34, F&P 850 « position VNI » avec compensation, Aerodyne 31/33, 33/33.

5) des mesures de l’hygrométrie ont été également réalisées dans toutes ces situations

sans utiliser de système d’humidification.

6) des mesures de l’hygrométrie de l’air ambiant ont été réalisées dans toutes les

conditions.

Trois mesures psychrométriques ont été réalisées pour chaque situation après 3 heures.

Résultats

Comme pour les données retrouvées avec les réglages « intubés » (étude 1), il existe un

impact de la température ambiante et de la température de sortie de ventilateur sur les

performances des humidificateurs chauffants en position VNI.

Dans les situations les plus défavorables (température ambiante élevée, ventilateur à turbine,

ventilation/minute élevée), l’humidité absolue délivrée avec un humidificateur chauffant était

inférieure à 10 mgH2O/L.

Avec un ventilateur à turbine à 21% de FiO2, l’hygrométrie des gaz délivrés est majorée

d’environ 5 mgH2O/L en comparaison avec 100% de FiO2.

Les résultats sont montrés dans le tableau III.1.

138

Discussion

Dans toutes les configurations, l’humidité absolue des gaz inspiratoires est très

inférieure à l’humidité absolue théoriquement délivrée. Par ailleurs, la température ambiante

et la température de sortie de ventilateur influencent les performances des humidificateurs

chauffants en position « VNI » comme cela avait été montré avec les réglages « intubés »

(étude 1). Il existe par ailleurs une influence nette de la FiO2 en cas d’utilisation d’un

ventilateur à turbine.

Avec un ventilateur à turbine et avec une FiO2 réglée à 21%, de façon intéressante,

l’humidité absolue délivrée augmente de 3 à 6 mgH2O/L en comparaison avec une FiO2 à

100%, lorsqu’un humidificateur chauffant est utilisé. En l’absence d’humidification utilisée,

l’influence est encore plus nette : avec un ventilateur à turbine et une FiO2 à 21%, l’humidité

absolue délivrée est équivalente à l’humidité absolue de l’air ambiant (entre 11,5 et 13,5

mgH2O/L). En revanche, avec un ventilateur de réanimation ou avec un ventilateur à turbine

utilisé avec une FiO2 à 100%, l’humidité absolue des gaz délivrés est très basse, environ 3,5

mgH2O/L (Tableau III.1).

Avec un ventilateur à turbine à 21% ou 100% de FiO2, dans les situations les plus

défavorables pour les humidificateurs chauffants (température élevée, 20L/min),

l’hygrométrie des gaz inspiratoires est identique que l’on utilise pas d’humidification ou un

que l’on utilise un humidificateur chauffant (pour le MR730) (Tableau III.1).

Cet effet avec les ventilateurs à turbine est expliqué par le fait qu’une partie du gaz

moteur provient de l’air ambiant (lorsque la FiO2 est inférieure à 100%) dont le contenu en

eau plus important que les gaz muraux.

Les résultats sont légèrement supérieurs avec l’Aérodyne, dans les différentes configurations.

Les performances des humidificateurs chauffants avec le réglage VNI sont très

éloignées des performances théoriques attendues, de façon encore plus marquée que pour les

réglages « intubation » (étude 1). Ceci est lié aux conditions encore plus défavorables dans la

position VNI, puisque le gradient entre la température d’entrée de chambre et la température

de sortie de chambre est encore plus faible. Cela diminue la température de la plaque

chauffante et d’antant l’évaporation de l’eau (Figure III.7).

139

Figure III.7 a et b: Problème associés à la régulation de la température de sortie de chambre. Cas des réglages « VNI ». Dans la situation la plus favorable (à gauche), la température d’entrée de chambre est basse et le gradient entre les deux températures est de +1°C, la plaque chauffante doit donc chauffer pour monter la température du gaz. Dans la situation défavorable (à droite), la température d’entrée de chambre est élevée et le gradient entre les deux températures est de -14°C, la plaque chauffante chauffe peu pour obtenir la température de consigne en sortie de chambre. Avec les réglages recommandés au cours de la VNI, le gradient est encore plus défavorable qu’avec le réglage « intubé » (Figure II.3).

Entrée de chambre Sortie de chambre

31°C31°C

Rétrocontrôle Rétrocontrôle

plaque chauffanteplaque chauffante

Plaque chauffante + 60°C

30 °C30 °C

TeCh

TsCh

∆ +1°C

Entrée de chambre Sortie de chambre

31°C31°C

Rétrocontrôle Rétrocontrôle

plaque chauffanteplaque chauffante

Plaque chauffante + 40°C

45 °C45 °C

TeCh

TsCh

∆ - 14°C

140

Température ambiante

normale (22-24°C)

Température ambiante

élevée (28-30°C)

Air Ambiant (n=45) 11.7±2.0 13.7±2.2

Absence d'humidification (n=24)

T-Bird 21% 11.4±3.2 13.6±2.5

T-Bird 100% 3.5±1.4 3.5±0.7

EVITA 4 3.7±1.8 3.2±0.1

Humidificateurs chauffants Réglages

T-BIRD 21%FiO2 10 L/min 20 L/min 10 L/min 20 L/min

Humidité Absolue

théoriquement délivrée

31/33 24.8±1.2 20.2±1.6 18.3±0.3 18.0±1.6 32,1 Aerodyne

34/34 30.2±2.7 24.9±1.6 23.5±0.2 21.2±0.4 37,7

31/34 23.8±1.6 20.2±3.8 16.5±1.2 13.8±1.0 32,1 MR 730

34/34 27.7±1.5 26.0±1.1 23.7±2.0 19.4±3.8 37,7

T-BIRD 100%FiO2 10 L/min 20 L/min 10 L/min 20 L/min

31/33 20.5±0.7 15.5±0.6 13.9±2.9 11.8±0.3 32,1 Aerodyne

34/34 27.5±2.9 20.3±1.0 17.2±0.6 14.4±0.2 37,7

31/34 17.2±1.7 13.6±0.2 11.8±0.6 8.7±0.3 32,1 MR 730

34/34 23.4±0.3 23.0±2.9 19.8±6.5 13.7±2.7 37,7

MR 850 "VNI" 28.1±0.7 23.5±3.4 20.2±0.3 16.0±0.8 32,1

EVITA 4 10 L/min 20 L/min 10 L/min 20 L/min

31/33 25.9±2.0 22.4±3.2 17.8±1.0 13.4±1.0 32,1 Aerodyne

34/34 30.1±2.7 28.3±0.4 22.6±2.8 17.7±1.4 37,7

31/34 22.4±4.4 19.8±3.5 13.0±0.9 9.5±0.7 32,1 MR 730

34/34 28.7±1.1 22.3±3.2 18.0±1.5 14.5±0.4 37,7

MR 850 "VNI" 24.1±1.9 24.3±0.4 20.8±1.4 19.1±0.7 32,1

Tableau III.1: Humidité absolue (en mgH2O/L) de l’air ambiant et des gaz inspiratoires sans humidification et avec différents humidificateurs chauffants étudiés à différents réglages. Le MR850 est étudié en position « VNI » avec la compensation automatique (logiciel 560). L'humidité absolue théoriquement délivrée correspond à la valeur d'humidité absolue d'un gaz saturé à la sortie de la chambre d'humidification (31°C avec une humidité relative de 100 % =32,1 mgH2O/L et 34°C avec une humidité relative de 100 % = 37,7 mgH2O/L).

141

III.2. Performances hygrométriques au cours de la CPAP

o Performances de différentes stratégies d’humidification au cours de la CPAP avec

la CPAP Boussignac™ et la CPAP à haut débit Vital Sign™ (Etude 10)

Abstract: Lellouche F., Qader S., Taille S., Aboab J., Thille A., Boussignac G., Brochard L. Hygrometric measurements during CPAP with Boussignac CPAP and different humidification strategy in healthy subjects. Am J Respir Crit Care Med 2004: A254

Introduction

La CPAP a plusieurs indications pour le traitement des insuffisances respiratoires aiguës [261,

262] ou plus récemment pour leur prévention [263, 264]. Plusieurs systèmes sont disponibles

pour délivrer une pression positive. Le système le plus utilisé est la CPAP à haut débit type

Vital Sign. La CPAP Boussignac est un système plus récent, simple permettant d’administrer

une pression positive continue en utilisant également les gaz muraux à haut débit. Ce système

est alimenté par de hauts débits de gaz, et également de l’air ambiant par entraînement. Mais

compte tenu des débits utilisés, la majeure partie des gaz délivrés aux patients sont des gaz

secs. En cas d’utilisation de gaz médicaux secs et froids, la tolérance des patients pourrait en

être réduite. Il n’existe aucune donnée concernant les performances des techniques

d’humidification avec ces différentes CPAP.

Objectif

L’objectif de cette étude était d'évaluer l’efficacité d’humidification de différentes stratégies

d’humidification avec ces deux techniques de CPAP : la CPAP à haut débit et la CPAP

Boussignac.

Méthode

Deux séries de mesures ont été réalisées chez des sujets sains, avec la CPAP Boussignac® et

avec la CPAP à haut débit Vital Sign®:

Humidification avec la CPAP Boussignac®

Des mesures de l’hygrométrie des gaz inspiratoires ont été réalisées chez dix sujets sains sous

CPAP Boussignac® (Vygon), avec une pression expiratoire maintenue à 7,5 cmH2O. Cette

étude a été réalisée dans le service de réanimation médicale de l’hôpital Henri Mondor.

Plusieurs stratégies d’humidification ont été réalisées :

1. Absence d’humidification : le gaz moteur de la CPAP Boussignac était le gaz mural non

conditionné.

2. Avec humidificateur chauffant: l’humidificateur chauffant MR 850 (F&P) a été utilisé.

Deux débits de gaz ont été utilisés: 7 et 12 L/min.

142

3. Avec un barboteur : le gaz moteur de la CPAP Boussignac était humidifié par un barboteur

directement connecté à la sortie du gaz comprimé. Cette méthode est couramment utilisée en

clinique dans notre service.

4. Avec un filtre échangeur de chaleur et d’humidité : un filtre hygroscopique échangeur de

chaleur et d’humidité ayant un faible espace mort (28ml) a été utilisé (Humid-Vent 2S,

Hudson). Ce filtre a été mis à différentes positions : entre le masque et la CPAP et après la

CPAP.

Humidification avec la CPAP à haut débit, Vital Sign®

L’objectif de cette étude était de comparer différents types d’humidification avec la

CPAP Vital Sign (CPAP à haut débit, très utilisée) et de déterminer le confort lié aux

différentes options d’humidification. Cette étude a été réalisée chez des sujets sains à l’hôpital

Lariboisière, dans le service de réanimation médicale du Pr Baud, avec le Dr Nicolas Deye.

La CPAP utilisée dans cette étude fonctionne avec des débits continus élevés (90 à 150

L/Min).

L’étude s’est déroulée au cours de deux journées différentes : une journée où a été

testé l’humidificateur HC 100 (avec une intensité maximale : 9) et une journée où a été testé

le MR 850 (en position « VNI » et en position « intubé », dans les deux cas avec le système

de compensation activé). De plus, une période sans humidification a également été réalisée au

cours de chaque séance. Une période de « repos » de 5 minutes entre chaque séance de VNI

était prévue. Chaque sujet sain était mis sous CPAP avec un masque bucco-nasal jetable, sans

fuite, à un niveau de 5 cmH2O pendant 10 minutes sans connaître le type d’humidification

utilisé, dans un ordre randomisé. La CPAP à 7,5 cmH2O a été également utilisée pour une

partie des mesures.

L’hygrométrie des gaz inspiratoires a été mesurée par la technique psychrométrique à

la fin de chaque période. Par ailleurs, une estimation du confort a été réalisée à la fin de

chaque période par une échelle de confort. La question posée était toujours : « sur cette

échelle, où situez-vous le niveau de confort en rapport avec le degré d’humidité du gaz ». Une

échelle de 0 (sècheresse buccale extrême) à 10 (absence de sècheresse) était utilisée.

143

Résultats

Les résultats sont présentés dans les figures III.8, III.9 et III.10.

Humidification avec la CPAP Boussignac ™

Les performances d’humidification étaient très influencées par la modalité d’humidification

utilisée (Figure III.8). Seule l’utilisation du filtre humidificateur ou d’un humidificateur

chauffant permettait de délivrer un gaz avec un contenu en eau supérieur à 25 mgH2O/L. La

position du filtre influence ses performances de manière majeure. Lorsque le filtre était

positionné entre le masque et la CPAP Boussignac, l’humidité absolue délivrée par le filtre

était de 25,4±1,0 mgH2O/L contre 4,9±0,6 mgH2O/L lorsque le filtre était placé après la

CPAP Boussignac (Figure III.8).

Humidification avec la CPAP à haut débit, Vital Sign™

Les performances d’humidification étaient les plus élevées avec le MR 850 réglé en position

« intubation », puis dans l’ordre décroissant avec le MR 850, dans la position « VNI », avec le

HC 100. Comme attendu, le contenu en eau était le plus faible sans humidification, proche de

5 mgH2O/L (Figure III.9).

Il n’y avait pas d’effet du niveau de CPAP utilisé entre 5 et 7,5 cmH2O. Par ailleurs,

l’utilisation d’une FiO2 à 50% au lieu de 21% diminuait légèrement le contenu en eau des gaz

inspiratoires dans toutes les situations.

De façon intéressante, on notait un impact du contenu en eau des gaz inspiratoires sur le

confort (Figures III.8 et III.9). En revanche, le confort semble identique pour des niveaux

d’hygrométrie de 15 mgH2O/L atteints avec le HC 100 et les niveaux proches de 30 mgH2O/L

atteints avec le MR 850 en position intubation.

Une humidification des gaz aux alentours de 15 mgH2O/L, ce qui est à peine plus élevé que

l’hygrométrie de l’air ambiant pourrait être suffisante en termes de confort au cours de la

CPAP.

Discussion

Compte tenu du regain d’intérêt pour la CPAP, en particulier en période post-opératoire [263,

264], il est intéressant de connaître ces données pour optimiser l’utilisation de cette technique.

Avec la CPAP Boussignac, les filtres et les humidificateurs chauffants ont une efficacité

équivalente (Figure III.8), mais les filtres sont à l’évidence plus faciles à utiliser. En cas

d’utilisation d’un filtre humidificateur, il faut néanmoins garder en mémoire plusieurs points:

144

- d’une part, l’emplacement du filtre est important. En effet, placé après la pièce de CPAP, il

perd toute son efficacité (Figure III.8). Le filtre doit être placé entre la pièce de Boussignac et

le masque.

- par ailleurs, en cas de fuites, les performances peuvent être réduites en cas d’utilisation d’un

filtre comme cela avait déjà été montré en pédiatrie lorsqu’aucun ballonnet n’est utilisé [259]

et au cours de la VNI (Etude 8).

Il n’existe pas d’autre étude à notre connaissance ayant évalué différents systèmes

d’humidification avec la CPAP Boussignac.

Avec la CPAP à haut débit, les niveaux atteints avec le MR 850 étaient le double de ceux

atteints avec le HC 100 (30 vs 15 mgH2O/L), mais le confort était identique pour ces deux

niveaux d’humidification.

145

Figure III.8: humidité absolue des gaz inspirés avec la CPAP Boussignac dans différentes situations : en l’absence d’humidification (AH), avec une humidification froide par « barboteur », avec un humidificateur chauffant ou avec un filtre humidificateur.

0

5

10

15

20

25

30

AH Barboteur(Port oxygène)

Barboteur(Port CPAP)

Barboteur(2 Ports)

HC(7L/min)

HC(12L/min)

Filtre Filtre après CPAP

Hum

idit

é ab

solu

e (m

g H

2O/L

)

146

Figure III.9: humidité absolue des gaz inspiratoires avec la CPAP à haut débit dans différentes situations : avec l’humidificateur HC100, le MR850 en position VNI ou intubation (IOT) et en l’absence d’humidification (AH). (Résultats pour une CPAP à 5 cmH2O et FiO2 à 50%).

Figure III.10: confort mesuré par une échelle visuelle analogique avec la CPAP à haut débit dans différentes situations : avec l’humidificateur HC100, le MR850 en position VNI ou intubation et en l’absence d’humidification (AH). (Résultats pour une CPAP à 5 cmH2O et FiO2 à 50%)

0

5

10

15

20

25

30

35

HC 100 MR 850 VNIcompensation

MR 850 IOTcompensation

AH

Hum

idité

Abs

olue

(m

gH 2O

/L)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

HC 100 MR 850 VNIcompensation

MR 850 IOTcompensation

AH

Con

fort

(0-

10)

147

III.3 Synthèse sur l’évaluation des performances des systèmes d’humidification au cours

de la ventilation non invasive et la CPAP

La nécessité d’humidification des voies aériennes au cours de la VNI ainsi que le type

d’humidification à utiliser reste sujet à débat [3]. Malgré plusieurs conférences de consensus

sur la VNI [64, 65] et une revue générale exhaustive [66], il n’existe aucune recommandation

précise. Les pratiques hétérogènes en la matière en sont l’illustration. Dans l’enquête

française sur la pratique de la VNI, un filtre était utilisé dans 48% des cas, un humidificateur

chauffant dans 19% des cas et aucune humidification n’était utilisée chez 30% des patients

[169].

Compte tenu des débits élevés au cours de la VNI, de l’utilisation de gaz secs, de

l’utilisation fréquence de la respiration buccale et de la fréquence de l’hyperréactivité

bronchique chez les patients traités par VNI [21, 22] qui peut être accentuée par les gaz secs

[57], il nous parait indispensable de conditionner les gaz délivrés aux patients et de les

humidifier. Par ailleurs, les données concernant les patients sous CPAP nocturne à domicile

montrent que de nombreux patients présentent des signes de sécheresse des muqueuses [176-

178, 256] et que l’humidification des gaz permet de limiter ces symptômes et d’améliorer

ainsi la tolérance et la compliance au traitement [176, 256, 257, 265].

Au cours de 3 études (études 8-10), nous avons donc évalué l’hygrométrie des gaz

délivrés aux patients sous VNI ou sous CPAP avec différents systèmes d’humidification

utilisés en réanimation. En effet, aucune donnée n’était disponible sur le sujet.

Dans l’étude 8, nous avons mesuré le contenu en eau des gaz inspiratoires chez des

sujets sains, avec plusieurs stratégies d’humidification (humidificateurs chauffants, filtres et

absence d’humidification), avec des ventilateurs de réanimation ou à turbine, avec ou sans

fuite. Nous avons montré que les humidificateurs chauffants, dans les conditions optimales

permettaient de délivrer des gaz inspiratoires avec une hygrométrie proche de 30 mgH2O/L,

sans influence du type de ventilateur utilisé et de la présence ou non de fuites. Les filtres

humidificateurs utilisés permettaient de délivrer des gaz ayant le même contenu en eau en

l’absence de fuites. En revanche, en présence de fuites, compte tenu de leurs principes de

fonctionnement, les performances des filtres étaient très diminuées, aux alentours de 15

mgH2O/L. Enfin, lorsqu’aucun système d’humidification n’était utilisé, le contenu en eau des

gaz inspiratoire dépendait du type de ventilateur utilisé: proche de 5 mgH2O/L avec un

ventilateur de réanimation, environ 10 mgH2O/L avec un ventilateur à turbine et une FiO2 à

50% et environ 12 mgH2O/L avec un ventilateur à turbine et une FiO2 à 21%.

148

Dans l’étude 9, nous avons mesuré sur banc l’hygrométrie des gaz inspiratoires (avec

la méthode psychrométrique) avec les humidificateurs chauffants pour un réglage VNI et

évalué l’impact de la température ambiante, de la température de sortie des ventilateurs et de

la ventilation minute sur ces performances ainsi que l’impact de la FiO2 avec les ventilateurs à

turbine. Nous avons montré que les performances des humidificateurs chauffants en VNI

étaient très dépendantes des conditions extérieures. Les températures ambiantes et de sortie de

ventilateur élevées entraînaient une réduction importante des capacités d’humidification. Dans

certaines situations (température ambiante élevée, ventilateur à turbine, ventilation/minute

élevée), l’humidité absolue délivrée avec un humidificateur chauffant était inférieure à 10

mgH2O/L, soit un écart de plus de 20 mgH2O/L par rapport à l’humidité absolue attendue à

ces réglages. Avec les ventilateurs à turbine avec une FiO2 de 21%, l’humidité des gaz

délivrés était supérieure d’environ 5 mgH2O/L en comparaison avec une FiO2 à 100% pour

des réglages identiques de l’humidificateur chauffant (tableau III.1).

Dans l’étude 10, nous avons évalué chez des sujets sains l’hygrométrie des gaz

délivrés en fonction du type d’humidification avec deux types de CPAP : la CPAP

Boussignac et la CPAP à haut débit Vital Sign. Avec la CPAP Boussignac, les filtres ou les

humidificateurs chauffants sont également efficaces et permettent de délivrer des gaz à

environ 25 mgH2O/L. Les filtres sont toutefois beaucoup plus faciles à utiliser avec cette

CPAP. En cas d’utilisation d’un filtre, celui-ci doit être placé entre le masque et la pièce de

CPAP et non au bout de la CPAP, position avec laquelle, l’humidité absolue est en revanche

est très basse.

Avec la CPAP à haut débit, le MR850 en position « intubé » permettait de délivrer environ 30

mgH2O/L, le HC 100 en position maximale (position 10) permettait de délivrer environ 15

mgH2O/L et en l’absence d’humidification, l’hygrométrie des gaz était de 5 mgH2O/L. Le

confort était significativement réduit à 5 mgH2O/L, en comparaison avec 15 et 30 mgH2O/L.

De façon intéressante, il n’y avait pas de différence de confort entre 15 et 30 mgH2O/L.

En conclusion, il nous semble important qu’un système d’humidification soit utilisé au

cours de la VNI, même en cas de durée courte. Par exemple, dans le cas de la VNI [266, 267]

ou de la CPAP « prophylactique » [263, 264], un des objectifs est de limiter la survenue

d’atélectasie et il semble raisonnable pour atteindre cet objectif d’humidifier les gaz délivrés

aux patients. Par ailleurs, le niveau optimal d’humidité absolue d’un gaz délivré au cours de la

VNI n’est pas connu. Pour le confort du patient, il semble que se situer au dessus de 10-15

mgH2O/L peut être suffisant (étude 10). En revanche, le niveau optimal pour éviter de majorer

une hyperréactivité bronchique ou pour optimiser la fluidité des sécrétions et ainsi réduire le

risque d’atélectasies, le niveau optimal n’est pas connu.

149

IV. EVALUATIONS DE L’EFFET DE L’ESPACE MORT DES SYSTEMES

D’HUMIDIFICATION EN VENTILATION NON INVASIVE

IV.1 Etudes sur l’impact de l’espace mort au cours de la ventilation non invasive

o Impact sur le travail respiratoire de l’espace mort des filtres humidificateurs.

Comparaison avec les humidificateurs chauffants. (Etude 11) [136]

Article : Lellouche F., Maggiore S.M., Deye N., Taillé S., Pigeot J., Harf A., Brochard L. Effect of the

humidification device on the work of breathing during non-invasive ventilation. Intensive Care Med. 2002 ;

28(11): 1582-9.

Introduction

Au cours de la VNI, la question de l’humidification des gaz ne se pose pas de la même

manière que chez les patients intubés, car au cours de la VNI les voies aériennes ne sont pas

court-circuitées. Pourtant, de nombreux arguments plaident en faveur de l’utilisation d’un

système d’humidification des gaz en particulier avec un ventilateur de réanimation. Le choix

d’un système d’humidification au cours de la VNI où des modes assistés sont le plus souvent

utilisés doit tenir compte des données déjà obtenues chez les patients intubés. Il a été montré

chez les patients intubés et ventilés avec un mode assisté que les filtres humidificateurs

augmentaient le travail respiratoire [132, 133], la ventilation minute et réduisaient la

ventilation alvéolaire [4, 130-133] en comparaison avec les humidificateurs chauffants. Le but

de cette étude était de comparer les filtres et les humidificateurs chauffants au cours de la VNI

et d’évaluer l’impact de la différence d’espace mort sur le travail respiratoire des patients

hypercapniques.

Patients, méthode :

Cette étude a été réalisée de manière prospective, randomisée, croisée, ouverte chez des

patients BPCO consécutifs hospitalisés pour décompensation respiratoire et nécessitant une

VNI. Les patients ont été recrutés dans le service de réanimation médicale de l'hôpital Henri

Mondor, Créteil, après avoir préalablement signé un consentement éclairé. Le projet a été

présenté au CCPPRB de l'hôpital Henri Mondor.

Critères d'inclusion :

Les patients BPCO en phase de décompensation respiratoire subaiguë ou aiguë admis dans le

service ne nécessitant pas une intubation endotrachéale pouvaient être inclus s’ils présentaient

en plus d’une dyspnée d’apparition récente, au moins deux des critères suivants :

150

- fréquence respiratoire ≥ 25 cycles/ min

- PaO2 ≤ 60 mm Hg sous un faible débit d’oxygène (< 3L /min)

- pH ≤ 7,38

Les patients BPCO qui nécessitaient une VNI au décours immédiat de l’extubation pouvaient

également entrer dans l’étude avec les mêmes critères d’inclusion.

Critères d'exclusion :

- insuffisance respiratoire aiguë nécessitant une intubation en urgence

- instabilité hémodynamique

- contre-indication à la mise en place d'un cathéter oesogastrique (lésions des voies

aérodigestives supérieures, œsophagite, ulcère gastrique, etc...).

- présence d'un pneumothorax

- trouble de conscience ou absence de coopération

Systèmes d’humidification étudiés:

Les patients étaient ventilés en alternance avec deux systèmes d'humidification: par un filtre

(F) échangeur de chaleur et d'humidité (Hygrobac Dar, espace mort de 95 ml) ou par un

humidificateur chauffant (H) (MR 850 Fisher & Paykel Healthcare). Ces deux systèmes

étaient étudiés sans PEP (pression expiratoire à 0 cmH2O) et avec une PEP (pression

expiratoire positive à 5 cmH2O. Une période avec un petit filtre échangeur de chaleur et

d'humidité ayant un faible volume (Fs) (Hygrobac-S Dar, 45 ml) sans PEP a également été

réalisée. Les données mécaniques des systèmes étudiés sont présentées dans le tableau IV.1. Il

n’a pas été utilisé de raccord annelé au cours de cette étude. Initialement et entre les périodes

de VNI, était interposée une période en ventilation spontanée avec une oxygénothérapie

nasale à faible débit pendant 20 minutes si l'état clinique du patient le permettait, pour

retourner à un état basal. Les 6 périodes réalisées étaient donc : état de base en ventilation

spontanée, Filtre sans PEP et en PEP (F-Z et F-P), petit Filtre sans PEP (Fs-Z),

Humidificateur chauffant sans PEP et en PEP (H-Z et H-P). Les 5 dernières périodes ont été

tirées au sort. La durée de chaque période de ventilation était de 20 minutes.

Réglages initiaux du respirateur :

Le réglage des paramètres initiaux du ventilateur étaient les suivants : aide inspiratoire = 15

cm H2O. Puis le niveau d'aide inspiratoire était choisi pour obtenir des volumes courants

expirés de 7 à 8 ml/Kg. Ces réglages étaient éventuellement modifiés en fonction de la

tolérance du patient et des fuites. Une période en PEP = 5 cm H2O et une période sans PEP

étaient prévues pour chaque système d'humidification. Le ventilateur utilisé dans l'étude était

le PB 840 pour tous les patients.

151

Résultats

Patients

9 patients ont été inclus (8 hommes et 1 femme) avec une moyenne d'âge de 65 ± 10 ans

(intervalle: 48 à 78 ans). Le SAPS II [268] moyen à l'admission en réanimation était de 34 ±

16. Il s'agissait de décompensations aiguës hypercapniques dans le cadre de décompensation

de BPCO (n = 7), d'oedème aigu du poumon (n =1), de paralysie diaphragmatique post-

opératoire (n =1). Les caractéristiques démographiques des patients sont résumées dans le

tableau 1 de l’article.

Le niveau moyen d'aide inspiratoire était de 15 ± 4 cmH2O, la FiO2 moyenne était de 28 ± 5

%. Le seuil de déclenchement inspiratoire moyen était de 2 ± 1 L/min et le seuil expiratoire

moyen de 36 ± 7 % du débit maximal. La pente d'aide moyenne était de 78 ± 7 %.

Comparaison entre F (Filtre) et H(Humidificateur) sans PEP (FZ et HZ)

En comparaison avec le niveau de base en ventilation spontanée et avec des niveaux faibles

d'oxygénothérapie nasale, la plupart des index d'effort n'étaient pas diminués par la VNI en

cas d'utilisation d'un filtre sans PEP (Figure 4 de l’article), et étaient même significativement

plus élevés avec certains index (WOBeso (J/L)). La même constatation était faite pour la

PaCO2 qui ne diminuait pas en cas d'utilisation d'un filtre comparé à la valeur de base (60 ±

16 vs 60 ± 15 mmHg) et pH (7.37 ± 0.06 vs 7.37 ± 0.04).

Les caractéristiques ventilatoires lors de chaque période sont présentées dans le Tableau 3 de

l’article. Les fuites autour du masque, évaluées par la différence entre le volume inspiré et le

volume expiré étaient stable dans les différentes conditions sans PEP : 27 ± 15 % avec le filtre

et 30 ± 14 % avec l'humidificateur chauffant. La ventilation minute était significativement

augmentée pendant FZ comparé à HZ (15.7 ± 2.1 vs 12.8 ± 3.6, p < 0.05). La PaCO2 était

augmentée pendant FZ comparé à HZ sans atteindre la significativité statistique, de même que

le pH, plus bas pendant FZ que HZ. Les données gazométriques sont présentées sur le tableau

3 de l’article.

Les indexes de travail et d'effort sont présentés sur les figures 2 et 3 de l’article. Ils étaient

tous significativement plus élevés pendant FZ comparé à HZ, WOBeso (J/min) était augmenté

de 43 % (Figure IV.1), WOBeso (J/L) de 35 %, WOBeso (J/resp) de 45 %, PTPeso

(cmH2O/s/min) de 34 % (Figure 3), P0.1 (cmH2O) de 35 %, et ∆Pdi (cmH2O) était augmenté

de 19 %.

152

Comparaison entre Fs (petit Filtre) et H sans PEP (FsZ et HZ) :

La comparaison a été possible chez 7 patients sur les 9 étudiés. Chez deux patients, compte

tenu de l'état clinique instable, cette période a été exclue de la randomisation. Avec le petit

filtre, seule une période en l’absence de PEP était prévue. Les résultats sont moins marqués

qu’avec le grand filtre, mais les différences en termes de travail respiratoire restent

significatives en comparaison avec l’humidificateur chauffant. Les résultats des paramètres

ventilatoires, gazométriques sont présentés sur le tableau 3 de l’article.

Comparaison entre les données en PEP et en l’absence de PEP :

Au cours des périodes avec une PEP, les fuites mesurées étaient plus élevées qu’au cours des

périodes en ZEEP (de 25 ± 14 à 32 ± 14 %), bien que cette différence n’était pas significative.

Avec l’utilisation d’une pression expiratoire positive, l’impact de l’espace mort des filtres sur

le travail respiratoire était diminué (Figure IV.1). Les indexes de travail respiratoire restent

significativement plus élevés avec un filtre qu’avec un humidificateur, mais les différences

étaient moins marquées (Table 5 de l’article). De même, l’effet sur la ventilation minute était

réduit en cas d’utilisation de PEP (Figure 1 de l’article).

Discussion

Cette étude montre que les filtres humidificateurs entraînent une augmentation très

significative du travail respiratoire au cours de la VNI chez des patients hypercapniques en

comparaison avec les humidificateurs chauffants. De même, la ventilation minute était

augmentée avec les filtres humidificateurs avec une ventilation alvéolaire équivalente.

Les résultats de notre étude sont concordants avec les données rapportées au cours de la

ventilation invasive où une réduction significative du travail respiratoire avait été montrée

avec les humidificateurs chauffants en comparaison avec les filtres [132, 133]. L’importance

de la réduction du travail respiratoire était du même ordre de grandeur en ventilation invasive.

Dans l’étude de Pelosi et al. [133] le travail respiratoire est passé de 8.8±9.4 J/min avec un

humidificateur chauffant à 14.5±10.3 J/min avec un filtre, ce qui est une différence similaire à

ce que nous avons retrouvé dans notre étude au cours de la VNI. Pelosi comme Iotti suggèrent

qu’une augmentation de 5 à 10 cmH2O du niveau d’aide inspiratoire est nécessaire pour

compenser l’effet de l’espace mort [130, 133]. Cela est difficilement réalisable au cours de la

VNI où l’augmentation de la pression dans le masque pourrait entraîner une majoration des

fuites, de la distension gastrique et de l’inconfort du patient.

De façon intéressante, les effets négatifs liés à l’espace mort des filtres étaient moins

marqués en cas d’utilisation d’une pression expiratoire positive. Ces résultats pourraient être

153

liés à un possible lavage de l’espace mort au cours des fuites expiratoires majorées en cas

d’utilisation d’une PEP. L’effet bénéfique du lavage de l’espace mort avait été montré au

cours de la ventilation mécanique invasive [135, 269], mais pas encore au cours de la VNI.

Dans cette étude, l’effet favorable de la PEP n’était probablement pas en rapport avec

l’hyperinflation dynamique. En effet, les niveaux d’auto-PEP étaient identiques avec un filtre

ou un humidificateur chauffant en ZEEP (1.2 ± 1.2 vs 1.1 ± 1.4, P = 0.17) et en PEP (0.6 ±

0.7 vs 0.7 ± 0.8, P = 0.12). Les niveaux de PEP intrinsèque étaient bas dans cette étude

compte tenu de la population étudiée, et ce pour différentes raisons. D’une part, les volumes

courants “cibles” dans cette étude étaient limités (7 à 8 ml/kg de volume courant expiré), pour

éviter d’entraîner une hyperinflation dynamique. D’autre part, le calcul de l’auto-PEP était

corrigé en fonction de l’activité télé-expiratoire des muscles abdominaux [209]. Enfin, les

patients ont été inclus en moyenne 48 h après leur admission, donc après une amélioration

clinique et de la mécanique respiratoire par rapport à la phase aiguë.

Habituellement, les cliniciens règlent une PEP sur le ventilateur au cours de la VNI de

l’ordre de 5 cmH2O, (comme dans l’étude multicentrique, étude 13), comparable à celle

utilisée dans la présente étude. Les effets délétères des filtres retrouvés dans cette étude

physiologique, pourraient donc être moins marqués dans la « vraie vie ».

Ces résultats montrant des effets négatifs des filtres au cours de la VNI sont en rapport

avec la différence d’espace mort et ne sont pas liés à la différence de résistances, car les

résistances de l’humidificateur chauffant testé sont même légèrement supérieures aux

résistances des filtres humidificateurs étudiés (Tableau IV.1). En effet, les humidificateurs

utilisés dans notre étude ont des fils chauffants dans les voies inspiratoires et expiratoires qui

augmentent les résistances en comparaison avec les humidificateurs de génération précédente

sans fils chauffants. Dans les études de Iotti et Pelosi, ayant comparé les filtres et les

humidificateurs (sans fils chauffants) au cours de la ventilation invasive, il existait des

différences d’espace mort et de résistance entre les systèmes d’humidification [130, 133].

L’humidification des voies aériennes est habituellement considérée comme un détail

mineur au cours de la ventilation. Pourtant, la différence de travail respiratoire entre les deux

types d’humidification utilisés dans cette étude (34 à 45% selon les index de travail) était plus

importante que les différences rapportée entre les triggers en débit ou en pression (18%)

[270], entre les différents modes de ventilation [231, 270, 271] et les effets de la PEP (28%).

Cet effet non négligeable doit être connu lors du choix de la technique d’humidification.

Certaines populations, en particuliers les patients insuffisants respiratoires chroniques avec

rétention chronique de CO2, pourraient bénéficier de la réduction de l’espace mort

instrumental additionnel lors de la VNI où un des buts principaux est de réduire la PaCO2.

154

Figure IV.1: Travail respiratoire avec un filtre ou un humidificateur chauffant en condition PEP=0 et avec une PEP à 5 cmH2O. Valeurs individuelles et moyenne (en gras)

Tableau IV.1: espace mort (données constructeur) et résistances mesurées des différents systèmes d'humidification étudiés.

Espace mort(ml)

Résistance(cmH2O/L/s)

HYGROBAC F 95 ml 2

HYGROBAC-S Fs 45 ml 2,5

MR 850 H - Inspi 3.5 / Expi 2

0

5

10

15

20

25

30

Travail respiratoire (J/Min)

p=0.007

p=0.02

Filtre-0 HC-0 Filtre-5 HC-5

155

Papier WOB HH HME 8 pages

156

157

158

159

160

161

162

163

o Impact sur les échanges gazeux de l’espace mort lié aux filtres humidificateurs

Comparaison avec les humidificateurs chauffants (étude 12)

Abstract :

- Lellouche F., Maggiore SM, Fischler M, Pigeot J., Deye N., Taillé S., Lemaire F., Harf A., Brochard L. Influence of the humidification device on ventilation and arterial blood gases during non-invasive ventilation. Intensive Care Med 2001; 27 (2): S196. - Lellouche F., Pignatarro C., Maggiore SM , Deye N., Taillé S., Harf A., Brochard L. Influence du type d’humidification sur la gazométrie artérielle et le profil ventilatoire au cours de la ventilation non-invasive. Réanimation: journal de la Société de réanimation de langue française 2001; 10 : 72s.

Introduction

Il n’y a actuellement toujours pas de recommandation précise concernant le système

d’humidification à utiliser au cours de la ventilation non invasive (VNI) [3]. Chez les patients

intubés, il a été montré que l’utilisation de filtres humidificateurs (F) entraînait une

augmentation de la ventilation/minute et une diminution de la ventilation alvéolaire [4, 130,

131, 133, 231], mais ceci n’a été rapporté que dans une étude au cours de la VNI [272].

L’espace mort des filtres entraîne une charge pour le système respiratoire et peut empêcher la

correction de l’acidose respiratoire. La précédente étude réalisée par notre équipe comparant

les filtres et les humidificateurs chauffants au cours de la VNI avait montré une diminution du

travail respiratoire et de la ventilation minute avec les humidificateurs chauffants mais n’avait

pu montrer de différence sur les paramètres gazométriques (étude 11). D’une part,

l’échantillon était trop faible pour montrer une différence. D’autre part, les patients n’avaient

été inclus qu’après 48 heures en moyenne, lorsqu’ils pouvaient tolérer la sonde

oesophagienne, alors que les anomalies gazométriques étaient déjà partiellement corrigées.

Par ailleurs, nous n’avions étudié l’influence de l’humidification que chez des patients

hypercapniques. Le but de cette étude était d’évaluer l’influence du système d’humidification

utilisé sur l’évolution des paramètres ventilatoires et gazométriques au cours de la VNI en

incluant les patients dès l’initiation de la technique, et en incluant les patients hypercapniques

ainsi que les patients hypoxémiques.

164

Méthode

Cette étude a été réalisée de manière prospective, randomisée, croisée, ouverte chez des

patients consécutifs hospitalisés pour décompensation respiratoire et nécessitant une VNI. Les

patients ont été recrutés dans le service de réanimation médicale de l'hôpital Henri Mondor,

Créteil. Le projet a été présenté au comité d’éthique de la SRLF.

Critères d'inclusion :

Tous les patients nécessitant la VNI selon les cliniciens était inclus dans l’étude.

Critères d'exclusion : les critères d’exclusion étaient les critères d’exclusion de la VNI

habituellement utilisés dans le service

- insuffisance respiratoire aiguë nécessitant une intubation en urgence

- instabilité hémodynamique

- présence d'un pneumothorax non drainé

- trouble de conscience ou absence de coopération

Systèmes d’humidification étudiés:

Les patients étaient ventilés en alternance avec deux systèmes d'humidification: par un filtre

(F) échangeur de chaleur et d'humidité (Hygrobac Dar, espace mort de 95 ml) ou par un

humidificateur chauffant (H) (MR 850 Fisher & Paykel Healthcare). Il n’a été utilisé de

raccord annelé dans aucun des deux groupes au cours de cette étude. Les systèmes testés

étaient les mêmes qu’au cours de l’étude 11.

Les patients étaient ventilés pendant 30 minutes dans un ordre randomisé avec un filtre ou un

humidificateur chauffant. Les réglages ventilatoires étaient choisis par le médecin en charge

du patient.

A la fin de chaque période, les paramètres ventilatoires (Fréquence respiratoire (FR) et

ventilation/minute (VE)) étaient recueillis à partir du ventilateur, et des gaz du sang artériel

étaient prélevés.

Chez 19 patients dans le groupe “acidose respiratoire”, les gaz du sang avant de débuter la

VNI étaient disponibles.

Résultats

81 patients ont été étudiés. L'indication de la VNI était l'insuffisance respiratoire aiguë (IRA)

hypoxémique chez 27 patients, une exacerbation de BPCO chez 33 patients, l'IRA en post

extubation chez 8, l'oedème aigu du poumon (OAP) chez 7 et des raisons variées chez 6. Le

sex ratio (H/F) était de 54/27, l'âge moyen 63 ± 14 ans, le SAPS II 41 ± 28, le niveau d'aide

inspiratoire 14 ± 3 cmH2O, la PEP 4 ± 2 cmH2O et la FiO2 51 ± 23 %.

165

Trois groupes de patients ont été définis :

- Patients avec hypercapnie et acidose (début de la VNI) (n=35)

- Patients avec hypercapnie et sans acidose (fin de VNI) (n=17)

- Patients hypoxémiques (n=29)

L’hypercapnie était définie par une PaCO2 > 42 mmHg, l’acidose par un pH < 7,38 au moins

au cours d’une des périodes de ventilation.

En comparaison avec l’humidificateur chauffant, l’utilisation d’un filtre augmentait la

ventilation minute et réduisait la ventilation alvéolaire chez les patients hypercapniques et

chez les patients hypoxémiques (Figure IV.2, Tableaux IV.2 et IV.3). Cet effet était d’autant

plus marqué que la PaCO2 initiale était élevée (Tableau IV.4).

Chez 19 patients dans le groupe « hypercapnie avec acidose », les gaz du sang artériel

étaient disponibles avant le début de la VNI. Avec un filtre, le pH n’était pas modifié en

comparaison avec l’état de base. Au contraire, avec un humidificateur chauffant le pH était

significativement plus élevé par rapport aux gaz du sang de base (Figure IV.3).

Discussion

Au cours de la VNI, l'utilisation d'un filtre humidificateur augmente la

ventilation/minute, la fréquence respiratoire, et diminue la ventilation alvéolaire en

comparaison avec un humidificateur chauffant. Cet effet existe dans tous les groupes étudiés

mais était plus marqué chez les patients en acidose respiratoire et était d’autant plus marqué

que la PaCO2 était élevée (Tableau IV.4). Cet effet est lié à l'augmentation de l'espace mort

instrumental en cas d'utilisation d'un filtre humidificateur.

Ces résultats sont concordants avec ce qui a été retrouvé au cours de la ventilation

invasive [4, 130-133]. Au cours de ces études, les populations étudiées étaient des insuffisants

respiratoires chroniques.

Dans l’étude physiologique réalisée précédemment par notre équipe (étude 11), la

PaCO2 passait de 60±16 avec les filtres à 57±16 mmHg avec les humidificateurs chauffants

(P=0,26) malgré une ventilation minute significativement augmentée avec les filtres. Plusieurs

raisons expliquent l’absence de différence significative retrouvée sur les paramètres

gazométriques entre les systèmes d’humidification dans cette étude. Le faible échantillonnage

d’une part, et les conditions expérimentales d’autre part qui ne permettaient pas d’inclure les

patients dès leur arrivée. Avec comme conséquence, une correction partielle des anomalies

gazométriques à l’inclusion.

L’étude de Jaber et al. avait analysé l’impact du système d’humidification sur les échanges

gazeux au cours de la VNI [272]. Une réduction significative de la PaCO2 était notée dans

166

cette étude avec les humidificateurs chauffants. Une partie de leurs patients (14/24) n’étaient

pas hypercapniques à l’inclusion dans l’étude. Dans la présente étude comma dans celle de

Jaber et al., l’impact du système d’humidification sur la correction de la PaCO2 était noté chez

les patients hypercapniques (avec ou sans acidose respiratoire) et chez les patients

hypoxémiques. La différence la plus marquée était retrouvée chez les patients ayant une

acidose respiratoire.

De façon intéressante, dans le sous-groupe de patients pour lesquels des gaz artériels étaient

disponibles avant le début de la VNI, l’utilisation d’un filtre ne permettait pas de corriger les

anomalies gazométriques alors qu’avec les humidificateurs chauffant, la PaCO2 était

significativement réduite en comparaison avec la PaCO2 avant VNI. Cette donnée est

importante puisque la correction de la PaCO2 sous VNI semble être un facteur prédictif

important de succès de la technique [273-277].

En conclusion, l'utilisation d'un filtre humidificateur peut empêcher la correction de

l'acidose respiratoire au cours de la VNI. Ceci pourrait, chez certains patients, entraîner

l'échec de la VNI. Au vu de ces données, l'utilisation de filtres humidificateurs devrait être

évitée au cours de la VNI, en particulier chez les patients hypercapniques en l’absence de

correction des gaz artériels.

167

Figure IV.2: influence du système d’humidification au cours de la VNI sur la PaCO2 et sur la ventilation/minute: comparaison des filtres et des humidificateurs chauffants pour l’ensemble de la population (n=81). Valeurs individuelles et moyennes (notées par les traits horizontaux).

0

5

10

15

20

25

30

35

Filtre Humidificateur

Ven

tila

tion

/min

ute

(L/m

in)

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

Filtre Humidificateur

PaC

O2

(mm

Hg)

168

Figure IV.3: Evolution du pH: comparaison des résultats avant VNI, et des périodes avec filtre et avec humidificateur chauffant chez des patients hypercapniques (n=19).

7,1

7,2

7,3

7,4

7,5

7,6

Avant VNI Filtre Humidificateur

pH

7.30 7.31 7.35

NS P=0.02

169

Figure IV.4: Corrélation entre la PaCO2 initiale et l’impact du système d’humidification (∆PaCO2)

P <0,001r = 0,598

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80 100 120 140

PaCO2 initiale (mmHg)

∆ ∆ ∆ ∆PaCO 2 (mmHg)

170

Tableau IV.2: Influence sur les paramètres gazométriques et sur le profil respiratoire : comparaison des filtres et des humidificateurs chauffants chez les patients hypercapniques avec (n=35) ou sans acidose (n=17).

Abréviations: HC : humidificateur chauffant, FR: fréquence respiratoire, VTe: volume courant expiré; EV& : ventilation minute; * P<0,05 **P<0,001 (test-t).

Hypoxémie

n = 29

Filtre HC

pH 7.42 ± 0.05 7.44 ± 0.04 **

PaCO2 (mmHg) 37 ± 4 35 ± 4 **

PaO2 (mmHg) 100 ± 36 98 ± 36

FR (cycles/min) 31 ± 6 29 ± 6 *

Vte (ml) 602 ± 175 580 ± 177

EV& (L/min) 18.6 ± 6.7 16.7 ± 6.6 ** Tableau IV.3: Influence sur les paramètres gazométriques et sur le profil respiratoire : comparaison des filtres et des humidificateurs chauffants chez les patients hypoxémiques (n=29)

Abréviations: HC : humidificateur chauffant, FR: fréquence respiratoire, VTe: volume courant expiré; EV& : ventilation minute; * P<0,05 **P<0,001 (test-t).

Acidose respiratoire

n = 35

Acidose respiratoire compensée

n = 17

Filtre HC Filtre HC

pH 7.29 ± 0.07 7.33 ± 0.06 ** 7.42 ± 0.04 7.44 ± 0.04 **

PaCO2 (mmHg) 62 ± 17 57 ± 14 ** 51 ± 13 49 ± 12 **

PaO2 (mmHg) 88 ± 24 88 ± 25 88 ± 28 87 ± 31

RR (cycles/min) 28 ± 9 23 ± 7 ** 24 ± 7 21 ± 7 **

Vte (ml) 511 ± 147 507 ± 139 586 ± 157 632 ± 181

VE (L/min) 13.6 ± 4.3 11.3 ± 3.3 ** 13.9 ± 4.1 12.9 ± 3.8 **

171

o Comparaison des filtres et des humidificateurs chauffants sur le travail

respiratoire au cours de la VNI. Impact sur le taux de succès de la

technique (étude clinique multicentrique). Etude HU.M.I.D. (Etude 13)

Abstract :

F.Lellouche, E.L’Her, F.Abrouk, N.Deye, A. Rabbat, S.Jaber, M.Fartoukh, L.Brochard. Impact of the humidification device on intubation rate during NIV: results of a multicenter RCT. Am J Respir Crit Care Med 2006.3: A471

ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00190346

Introduction

Au cours de la VNI, il n’existe aucune recommandation quant au système

d’humidification à utiliser [64-66]. Bien que les voies aériennes supérieures ne soient pas

court-circuitées, plusieurs arguments plaident pour l’humidification des gaz. D’une part, les

gaz utilisés sont souvent secs en particulier avec les ventilateurs de réanimation, les débits

respiratoires sont plus élevés que lors de la respiration spontanée physiologique, la respiration

buccale, fréquente au cours de la VNI, humidifie moins bien les gaz [31, 32]. Il est également

connu que la sécheresse buccales est une des plaintes les plus fréquentes au cours de la VNI

[254] et que la bonne tolérance de la technique est nécessaire pour son succès [169, 175].

Enfin, de nombreux patients concernés par la VNI présentent une hyperréactivité bronchique

qui peut être majorée par les gaz secs [21, 22].

En comparant les différents systèmes d’humidification, il a été montré que les

humidificateurs chauffants pouvaient délivrer des gaz mieux humidifiés que les filtres si les

conditions étaient optimales et que ces performances n’étaient pas sensibles aux fuites,

contrairement aux filtres (étude 8). Il a également été montré que les humidificateurs

chauffants permettaient de diminuer le travail respiratoire en comparaison avec les filtres

[278] et qu’ils amélioraient la ventilation alvéolaire et l’élimination du CO2 (étude 12, [272]).

Or, dans plusieurs études, il a été montré que l’absence de correction de la PaCO2 chez des

patients hypercapniques était un critère majeur d’échec de la VNI [273-277].

Toutes ces données physiologiques récentes sont en faveur de l’utilisation

d’humidificateurs chauffants au cours de la VNI. Pourtant, compte tenu des implications

économiques, la généralisation de l’utilisation des humidificateurs chauffants ne peut se faire

sans obtenir d’étude clinique démontrant un impact sur le succès de la VNI, la durée

d’hospitalisation ou la mortalité. Le but de cette étude randomisée contrôlée multicentrique

était de comparer les filtres et les humidificateurs chauffants au cours de la VNI avec comme

critère principal de jugement le taux d’intubation.

172

Méthode

Cette étude a été conduite dans 15 unités de soins intensifs médicaux, chirurgicaux ou

mixtes dans des hôpitaux universitaires, en France (12 centres), Tunisie (1 centre), Italie (1

centre) et au Canada (1 centre). Les centres participants étaient expérimentés pour la VNI,

cette technique ayant été implémentée en moyenne 8 ±3 ans avant le début de l’étude.

L’année précédant l’étude, une moyenne de 80 ± 43 patients avaient reçu un traitement par

VNI dans ces centres. Les centres français d’une part et chaque centre étranger d’autre part

ont reçu l’accord d’un comité d’éthique. Un consentement signé avait été obtenu de chaque

patient ou de son entourage. Les systèmes testés avaient été fournis par les fabricants : les

humidificateurs MR850 par Fisher&Paykel, France et Tyco healthcare pour les filtres

Hygrobac et les masques, tous identiques pour l’étude. Un financement PHRC avait été

obtenu pour le financement de cette étude.

Les critères d’inclusion étaient: âge entre 18 et 85 ans, exacerbation d’une

dyspnée depuis moins de deux semaines et présence d’au moins deux des trois critères

suivants: fréquence respiratoire ≥ 25 cycles/min, SaO2 ≤ 90% (en air ambiant ou sous

oxygène), pH artériel < 7,35. Les critères de non inclusion étaient: nécessité d’une intubation

immédiate, déformation faciale majeure, haute probabilité d’une procédure chirurgicale,

épisode de ventilation mécanique invasive prolongé préalable (> 48 heures au cours du même

séjour hospitalier), pneumothorax, refus de l’intubation par le patient, décision de ne pas

réanimer ou de ne pas intuber le patient déjà prise lors de l’inclusion, grossesse, défaillance

d’organe autre que le poumon d’après le score d’ODIN [268].

Le registre des inclusions et des non inclusions a été réalisé à partir des données

de chaque centre concernant les patients nécessitant la VNI l’année précédant l’étude.

Protocole d’étude

Les patients ayant les critères d’inclusion étaient randomisés de façon prospective

dans le groupe filtre humidificateur (Hygrobac, Tyco healthcare) ou humidificateur chauffant

(MR850, Fischer&Paykel). La randomisation était réalisée par téléphone par un système de

reconnaissance vocale, avec une stratification basée sur le centre et sur le type d’insuffisance

respiratoire : « acidose respiratoire » (pH < 7.35 et PaCO2 > 45 mmHg à l’inclusion) ou

“hypoxémie sans acidose respiratoire” (SaO2 ≤ 90% en air ambiant ou sous oxygène). Le

même système d’humidification devait être utilisé au cours de la VNI. Tous les autres aspects

techniques de la VNI (masque oro-nasal, absence de raccord annelé, ventilateur récent,

173

recommandations pour les réglages) étaient équivalents pour chaque groupe. L’aide

inspiratoire était le mode de ventilation recommandé avec comme objectif d’obtenir un

volume courant expiré supérieur à 7 ml/Kg. Il était également recommandé qu’il y ait plus de

3 heures de VNI lors des 6 premières heures et plus de 6 heures lors des premières 24 heures.

Critères de jugements

Le critère de jugement principal de l’étude était le taux d’intubation. Des critères

d’intubation ont été utilisés dans chaque groupe (1 critère majeur ou deux critères mineurs

étaient nécessaires pour l’intubation du patient) [279]:

Critères majeurs de décision d’intubation:

− arrêt respiratoire

− pause respiratoire avec perte de conscience ou gasps à la recherche d'air

− agitation psychomotrice majeure rendant la thérapeutique impossible et nécessitant

une sédation profonde

− fréquence cardiaque inférieure à 45 cycles/min avec perte de conscience

− instabilité hémodynamique majeure avec PA systolique inférieure à 70 mmHg

Critères mineurs de décision d’intubation :

− fréquence respiratoire supérieure à 35 cycles/min et supérieure à la valeur à

l'admission

− un pH artériel inférieur à 7,30 et inférieur à la valeur à l'admission

− une pression artérielle en oxygène inférieure à 45 mmHg malgré l'oxygénothérapie

(jusqu’à 5 L/min par sonde nasale)

− une aggravation de l'encéphalopathie quantifiée sur un score (0=normal, 1=astérixis

modéré, 2=astérixis marqué légère confusion ou endormissement diurne, 3= confusion

franche avec endormissement diurne continu ou agitation, 4= perte de conscience).

Les caractéristiques démographiques (âge, sexe, BMI, comorbidités, indication de la

VNI), les scores de gravité (SAPS II [280], LODS [281], McCabe [282]), les caractéristiques

physiologiques (température, fréquence cardiaque, pression artérielle systolique et

diastolique, fréquence respiratoire, gaz du sang artériels) étaient notés à l’inclusion.

Quotidiennement étaient recueillis les données physiologiques respiratoires, hémodynamiques

et les gaz du sang artériels, ainsi qu’une évaluation de la sécheresse des muqueuse des voies

aériennes supérieures selon le score suivant : 0 = absence de plainte concernant une

sécheresse de la bouche, du nez ou de la gorge; 1 = sècheresse modérée; 2 = sècheresse

franche au cours de la VNI; 3 = sècheresse persistante en dehors des périodes de VNI.

174

Le critère de jugement principal de l’étude était le taux d’intubation dans les deux

groupes. Les critères de jugement secondaires étaient les paramètres physiologiques

(fréquence respiratoire, gaz du sang artériel), la tolérance de la VNI, la durée totale de la

ventilation mécanique, la durée de séjour aux soins intensifs et à l’hôpital et les taux de

mortalité aux soins intensifs et à l’hôpital.

Analyse statistique

Le taux d’intubation des patients sous VNI est d’environ 40% [169, 175].

L’échantillonnage de 125 patients dans chaque groupe a été choisi pour détecter une réduction

de 15% du taux d’intubation (de 40% à 25%), avec un β de 0,2 et un α de 0,05 avec un test

bilatéral. L’analyse a été réalisée en intention de traiter. Les résultats sont donnés en médiane

(25ème-75èmes interquartiles). Les proportions étaient comparées en utilisant le test de Chi2 ou

le test exact de Fisher. Le test U de Mann-Whitney a été utilisé pour comparer le taux

d’intubation. La probabilité cumulative d’intubations a été analysée par la méthode de

Kaplan-Meier et un test log-rank. Des valeurs de P inférieures à 0,05 ont été considérées

comme significatives.

Résultats

Patients

Caractéristiques démographiques

Les patients ont été inclus entre Novembre 2002 et décembre 2003. Sur 1009 patients

ayant nécessité de la VNI au cours des 13 mois ayant duré l’étude, 249 patients ont été inclus

dans l’étude, 2 n’ont pas été analysés (erreur d’inclusion, absence de critères d’inclusion), 247

patients ont donc été analysés, 128 randomisés dans le groupe Filtre et 119 dans le groupe

Humidificateur (Figure IV.4). Les centres ont inclus en moyenne 16,6±13,8 patients au cours

de cette période, ce qui représente en moyenne 1,4 inclusions/mois/centre.

Les caractéristiques de l’ensemble de la population sont présentées dans le tableau IV.5a

(Tableau IV.5b pour les sous-groupes). L’ensemble de la population était identique dans les

deux groupes pour la plupart des caractéristiques générales telles que l’âge, les scores de

sévérité, les comorbidités et les indications pour la VNI. En revanche, l’étude des sous-

groupes a montré que dans le sous-groupe « hypoxémie », l’âge tendait à être moins élevé

dans le groupe humidificateur en comparaison avec le groupe filtre (59 (48-73) vs 67 (54-75),

P=0,18) mais le LODS était significativement plus élevé dans le groupe humidificateur

(Tableau IV.5b).

175

Données physiologiques à l’inclusion

Les caractéristiques physiologiques et gazométriques étaient identiques dans les deux

groupes à l’inclusion (Tableau IV.6a). En analysant les sous-groupes, cependant, il existait

quelques différences à l’inclusion, en particulier dans le sous-groupe « hypoxémie » sur les

données gazométriques. La PaCO2 était augmentée dans le groupe filtre (42 (34-49) vs 37

(33-43), P=0,04). Les bicarbonates étaient significativement plus bas dans le groupe

humidificateur (25 (23-28) vs 27 (24-30), P=0,03) (Tableau IV.6b).

Réglages des ventilateurs à J1

Une majorité de ventilateurs de réanimation délivrant des gaz secs ont été utilisés dans

l’étude (Tableau IV.8). Le jour de l’inclusion, à la première heure, le niveau d’aide

inspiratoire médian (25ème-75èmes interquartiles) était de 12 (11-16) dans le groupe filtre et 14

(12-15) cmH2O dans le groupe humidificateur (P=0,24). La PEP médiane était de 5 (4-6) vs 5

(3-6) cmH2O, P = 0,55 et la FiO2 médiane de 40 (35-60) dans les groupes filtres vs 50% (35-

60) dans le groupe humidificateur, P=0,10. Après 3 heures de VNI, la FiO2 médiane était

significativement plus élevée dans le groupe humidificateur : 50 (36,25-50) vs 40% (36,5-60),

P=0,048.

Les durées quotidiennes de VNI étaient identiques dans les deux groupes de J1 à J7 en

dehors de J2 où les périodes de VNI ont représenté une médiane de 8h20 (6h00-13h30) dans

le groupe humidificateur et 8h00 (4h00-11h00) dans le groupe filtre (P=0,02).

Critères de jugements

Les principaux résultats pour l’ensemble de la population sont présentés dans le

tableau IV.7a. Le taux d’intubation était identique dans les deux groupes: 37,6 vs 30,6

(P=0.31) dans le groupes humidificateur et filtre respectivement. En revanche, les intubations

retardées (après J4) étaient plus nombreuses dans le groupe humidificateur (34 vs 10%,

P=0,03) (Figure IV.6). Dans le sous-groupe de stratification « acidose respiratoire », le taux

d’intubation était identique. Dans le sous-groupe « hypoxémie » existait une tendance vers

plus d’intubation avec les humidificateurs : 19 patients ont été intubés dans ce groupe (41%),

vs 15 (26%) dans le groupe filtres (P=0.13) (Tableau IV.7b). La durée de VNI était identique

dans les deux groupes. Aucune différence n’a été retrouvée pour les durées de séjour ou la

mortalité aux soins intensifs et à l’hôpital (Tableau IV.7a et IV.7b). Une tendance à une sur-

mortalité avec les humidificateurs était cependant retrouvée dans le sous-groupe

« hypoxémie » : 12 décès (26%) vs 7 décès (12%), groupe filtre (P=0,13) (Tableau IV.7b).

176

Données physiologiques

Dans le sous-groupe des patients hypercapniques, à la troisième heure après

l’inclusion et le début de la VNI, la PaCO2 était plus basse dans le groupe humidificateurs (66

vs 72 mm Hg, P= 0,08). Cette tendance s’est maintenue jusqu’au 5ème jour de l’étude (Figure

IV.5). Dans le même groupe, l’évolution de la pression artérielle diastolique a les mêmes

caractéristiques et est significativement plus basse dans le groupe humidificateur chauffant à

la troisième heure (Figure IV.5).

Il n’existait pas de différence significative concernant la sécheresse des muqueuses

dans les deux groupes de J1 à J7 avec en médiane des valeurs entre 0 et 1. Le pourcentage de

scores de 2 ou 3 (témoins de sécheresse significative des muqueuses) était identique et

modéré dans les deux groupes de J1 à J7, soit entre 8,5 et 17,5% en fonction des jours.

177

Discussion

Cette étude randomisée et multicentrique est la première à évaluer l’impact du système

d’humidification sur le succès de la VNI. Le taux d’intubation n’était pas influencé par le

système d’humidification utilisé. Une tendance à un taux d’intubation plus élevé était même

noté dans le sous-groupe des patients « hypoxémiques », mais sans qu’il y ait de différence

significative (41 vs 26%, P=0,13). De même, il était noté une tendance vers une augmentation

de la mortalité avec les humidificateurs dans le sous-groupe « hypoxémique » (26 vs 12%,

P=0,18) (Tableau IV.7b). Il n’existe donc aucune différence statistiquement significative ni

pour le taux d’intubation, ni pour le taux de mortalité et ces données doivent tenir compte des

différences à l’inclusion dans le sous-groupe « hypoxémie » en défaveur des humidificateurs.

En effet, le LODS était significativement plus élevé dans le groupe humidificateur, et les

bicarbonates étaient significativement plus bas dans ce même groupe, ce qui témoignait d’une

plus grande gravité des patients de ce groupe à l’inclusion. Les bicarbonates diminués peuvent

être en lien avec une hémodynamique plus instable ou une insuffisance rénale, deux éléments

fortement corrélés à la mortalité aux soins intensifs. Malheureusement, ni la créatinine à

l’inclusion, ni le taux de lactate n’étaient disponibles.

L’hypothèse initiale était une réduction du taux d’intubation avec les humidificateurs

chauffants, compte tenu des données obtenues à l’occasion de plusieurs études physiologiques

précédemment réalisées (études 8, 11 et 12) qui montraient un niveau d’humidification plus

élevé avec les humidificateurs chauffants dans les conditions optimales, une réduction du

travail respiratoire, de la ventilation minute et une augmentation de la ventilation alvéolaire

(diminution de la PaCO2) avec les humidificateurs en comparaison avec les filtres. En

particulier, notre hypothèse était que le sous-groupe des patients hypercapniques serait plus

sensible à cet effet. Pourtant aucun impact sur le taux d’intubation n’a été noté non plus dans

ce sous-groupe.

Plusieurs éléments pourraient expliquer ce résultat. D’une part, au cours de la VNI

réalisée dans la « vraie vie », une PEP est très fréquemment utilisée et les effets de la

différence d’espace mort des systèmes d’humidification pourraient alors être réduits en

comparaison avec les études physiologiques. Les effets notés sur l’augmentation du travail

respiratoire avec les filtres du fait de leur espace mort étaient plus nets en l’absence de PEP

(étude 11). Dans cette étude, le niveau médian de PEP lors de la première séance de VNI était

de 5 cmH2O dans les deux groupes sans différence significative, l’effet sur le travail

respiratoire a pu être minoré. En revanche, l’impact du système d’humidification sur la

réduction de la ventilation alvéolaire avec un filtre était présent même en présence de PEP

178

(étude 12). Le niveau de PEP était alors équivalent à celui utilisé dans la présente étude. De

même, les performances d’humidification des humidificateurs chauffants ont pu être

diminuées du fait des conditions non optimales dans la vraie vie (en particulier absence d’air

climatisé dans plusieurs centres). Toutefois, moins de 20% de ventilateurs à turbine ou piston

ont été utilisés dans cette étude (Tableau IV.8), ce qui contraste avec les pratiques nord-

américaines [66]. Ce dernier aspect n’a pas pu contribuer à réduire l’efficacité des

performances des humidificateurs chauffants. Il est à noter également que l’évaluation

quotidienne de la sécheresse des muqueuses chez les patients inclus n’a pas montré de

différence significative dans les deux groupes et la fréquence des scores associés avec une

sécheresse importante était modérée, allant de 8,5 et 17,5% entre J1 et J7.

Une augmentation du niveau d’aide inspiratoire pour contrebalancer les effets de

l’espace mort avec un filtre ne peut pas expliquer ces résultats car le niveau d’aide médian

était identique dans les deux groupes avec même une tendance à être plus bas dans le groupe

filtre : 12 (11-16) cmH2O contre 14 (12-15) cmH2O dans le groupe humidificateur (P=0,24).

De plus, la durée quotidienne de VNI était équivalente dans les deux groupes, en dehors du

deuxième jour où dans le groupe humidificateur, les patients ont reçu une médiane de 20

minutes supplémentaire de VNI (8h20 vs 8h00, P=0,02) ce qui n’est probablement pas

significatif au plan clinique.

Par ailleurs, il est important de noter que les centres participants avaient une

expérience importante de la VNI et que l’absence de différence retrouvée n’est probablement

pas expliquée par cet élément. En effet, en moyenne, les centres avaient une pratique de la

VNI depuis 8±3 ans avant le début de l’étude, le nombre de patients sous VNI l’année

précédant l’étude dans les centres participants était de 80±43, et le rythme des inclusions était

assez soutenu 1,4 inclusions/mois/centre. Ces chiffres sont à comparer à d’autres études

multicentriques où l’expérience des centres était beaucoup plus faible de même que le rythme

mensuel d’inclusions par centres [283]. Ces données devraient être disponibles dans toutes les

études sur la VNI pour faciliter l’interprétation des résultats.

Par ailleurs, la correction plus rapide de la PaCO2 avec un humidificateur chauffant

pourrait s’accompagner, chez certains patients hypercapniques, d’effets indésirables

hémodynamiques (Figure IV.5). En effet, il a été montré chez l’animal que la baisse de la

capnie pouvait entraîner une baisse du débit cardiaque [284, 285]. La présente étude ne

permet pas de le démontrer, mais une des explication des résultats pourrait être lié à des effets

hémodynamiques délétères en rapport avec une correction trop rapide de la PaCO2.

179

Enfin, une des explications prédominantes de l’absence d’impact du système

d’humidification sur l’issue de la VNI est la présence d’autres facteurs pouvant avoir un

impact sur la tolérance de la VNI, comme les fuites, les interactions patient/ventilateur et le

type d’interface utilisée, qui pourraient avoir une influence prépondérante sur le succès de la

VNI.

Malgré les conditions de l’étude multicentrique où la réalisation de la VNI est

beaucoup moins contrôlée qu’au cours des études physiologiques, nous avons trouvé un

impact du système d’humidification sur les gaz artériels concordant avec les études

physiologiques précédemment réalisées par notre équipe (étude 12) et par Jaber et al. [272].

Dans le groupe « acidose respiratoire », on notait une tendance vers une amélioration de la

PaCO2 à la troisième heure après l’inclusion avec les humidificateurs en comparaison avec les

filtres (66 vs 72 mm Hg, P= 0,08). On sait que la correction de l’acidose respiratoire est un

des déterminant majeurs du succès de la VNI chez les patients BPCO [273-277]. La

correction plus rapide en réduisant l’espace mort ne semble pourtant pas influencer le taux de

succès de cette technique. La correction de l’acidose respiratoire peut être vue comme un

paramètre global suggérant une bonne tolérance de la technique. L’absence de correction de

l’acidose peut être liée à une mauvaise application de la VNI, ou peut être considérée en soi

comme un critère de sévérité et de mauvaise tolérance des patients.

De manière paradoxale, on pourrait dire que la VNI pourrait être plus efficace avec les

humidificateurs chauffants, ce qui permet dans certains cas de retarder le moment de

l’intubation, l’avantage n’allant pas jusqu’à éviter l’intubation chez les patients qui la

nécessitent. Ce retard de l’intubation peut entraîner des conséquences néfastes pour le patient

(Tableau IV.7a). En effet, 34% des intubations dans le groupe humidificateur et 10% dans le

groupe filtre ont été réalisées de façon tardive après au moins 4 jours de VNI (P=0,03). Et il a

été montré précédemment dans le contexte des détresses respiratoires en post-extubation que

tout retard à l’intubation chez des patients hypoxémiques était associé à une surmortalité

[283]. Ce retard à l’intubation pourrait être un effet paradoxal d’une meilleure efficacité des

humidificateurs chauffants.

Il existe enfin plusieurs limitations à cette étude. D’une part, seuls deux systèmes

d’humidification ont été utilisés, d’autres systèmes, en particulier les filtres humidificateurs

ayant de faible espace mort auraient pu influencer en partie certains résultats, en particulier

l’impact sur la correction de la PaCO2. De même, nous n’avons pas inclus de groupe sans

système d’humidification. Cette option pourrait éventuellement être envisageable pour des

180

durées courtes de ventilation, avec un ventilateur à turbine et avec un niveau bas de FiO2. Les

ventilateurs à turbine sont beaucoup moins utilisés en Europe qu’en Amérique du Nord [169],

ce qui conduit à utiliser un système d’humidification pour éviter de délivrer des gaz très secs.

Par ailleurs, il s’agit d’une étude ouverte. En effet, il est difficile d’envisager de conduire ce

type d’étude sur la ventilation en aveugle. Pour limiter les biais éventuels liés à cette

méthodologie, nous avons utilisé des critères bien définis pour les critères d’intubation en

rapport avec le critère de jugement principal de l’étude.

En conclusion, cette étude démontre que le système d’humidification n’influence pas

le taux de réussite de la VNI et que les humidificateurs chauffants ne devraient pas être

utilisés en première intention. L’utilisation d’un filtre (idéalement avec un faible espace mort)

tout en retirant l’espace mort additionnel d’un raccord annelé semble acceptable au vu des

résultats de cette étude. En revanche, en l’absence de correction de l’acidose respiratoire chez

un patients BPCO ayant des troubles de la vigilance en rapport avec la PaCO2 élevée, il

semble licite de tenter de réduire l’espace mort en n’utilisant aucun système d’humidification

lorsqu’un ventilateur à turbine est utilisé avec une faible FiO2 (inférieure à 50%) ou d’utiliser

un humidificateur chauffant dans les autres cas (ventilateur à turbine avec FiO2 supérieure à

50% ou ventilateur de réanimation). Il faut cependant dans ce cas réévaluer rapidement ces

patients pour éviter de retarder le moment de l’intubation.

181

Groupe

HC

(n=119)

Filtre

(n=128)

P

Age (ans) 70 (56-76) 71 (60-75) 0,71

Sexe masculin, n (%) 79 (66) 84 (65) 0,90

Poids (Kg) 72 (60-85) 70 (60-85) 0,51

IMC (Kg/m2) 26 (22-30) 25 (21-29) 0,51

Pathologie respiratoire chronique, n (%) 76 (63,9) 78 (60,9) 0,58

Pathologie cardiaque chronique, n (%) 35 (29,4) 38 (29,7) 0,34

Immunodépression, n (%) 22 (18,5) 25 (19,5) 0,83

SAPS II 36 (28-42) 34 (27-42) 0,75

LODS 3 (1-5) 3 (1-4) 0,70

Score de MacCabe, n (%) 0,82

1 63 (52,9) 69 (54,3)

2 46 (38,7) 50 (39,4)

3 10 (8,4) 8 (6,3)

Indication de la VNI, n (%)

BPCO 44 (37) 55 (43)

Autre IRC 18 (15,1) 13 (10)

OAP 19 (16) 15 (11,7)

Oedème lésionnel direct 21 (17,6) 22 (17,2)

Oedème lésionnel indirect 1 (0,8) 0 (0)

Pneumopathie 5 (4,2) 6 (4,7)

Détresse respiratoire post-opératoire 2 (1,7) 7 (5,5)

Autre 9 (7,5) 10 (7,8)

0,50

Tableau IV.5a : caractéristiques démographiques principales des patients inclus dans l’étude et principale indication de la VNI. HC : humidificateurs chauffants ; IMC : index de masse corporelle (poids/taille2) ; SAPS II : simplified acute physiology score II ; LODS: logistic organ dysfunction system ; VNI : ventilation non invasive ; BPCO: bronchopathie chronique obstructive ; IRC : insuffisance respiratoire chronique ; OAP : oedème aigu du poumon

182

ACIDOSE Respiratoire HYPOXEMIE HC (n=73) F (n=46) p HC (n=70) F (n=58) p

Age (ans) 72 (63-77) 72 (63-76) 0,73 59 (48-73) 67 (54-75) 0,18 Sexe masculin, n (%) 46 (63) 41 (59) 0,59 33 (72) 43 (74) 0,78 Poids (Kg) 74 (60-95) 75 (62-86) 1,00 71 (61-80) 69 (59-80) 0,59 BMI (Kg/m2) 27 (23-34) 27 (22-31) 0,89 24 (21-27) 23 (21-27) 0,41 Pathologie respiratoire chronique, n (%) 65 (89) 60 (86)

0,55 11 (24) 18 (31)

0,42

Pathologie cardiaque chronique, n (%) 25 (34) 19 (27) 0,22 10 (22) 19 (33) 0,21 Immunodépression, n (%) 2 (3) 7 (10) 0,07 20 (43) 18 (31) 0,19

SAPS II 35 (28-42) 35 (28-41) 0,99 38 (29-43) 34 (27-42) 0,61 LODS 2 (1-5) 3 (2-5) 0,28 4 (2-6) 3 (1-4) 0,045 Score de MacCabe, n (%)

1 41 (56) 32 (46) 22 (48) 37 (64) 2 29 (40) 32 (46) 17 (37) 18 (31) 3 3 (4) 5 (7)

0,44 7 (15) 3 (5)

0,13

Indication de la VNI, n (%) BPCO 41 (56) 45 (64) 3 (7) 10 (17)

Autre IRC 13 (18) 12 (17) 5 (11) 1 (2) OAP 11 (15) 7 (10) 8 (17) 8 (14)

Oedème lésionnel direct 2 (3) 0 (0) 19 (41) 22 (38) Oedème lésionnel indirect 0 (0) 0 (0) 1 (2) 0 (0)

Pneumopathie 2 (3) 0 (0) 3 (7) 6 (10) Détresse respiratoire post-opératoire 1 (1) 2 (3) 1 (2) 5 (9)

Autre 2 (3) 4 (6) 6 (13) 6 (10) Non rapporté 1 (1) 0 (0)

0,42

0 (0) 0 (0)

0,19

Tableau IV.5b : caractéristiques démographiques principales des patients inclus dans l’étude et principale indication de la VNI selon les sous-groupes. HC : humidificateurs chauffants ; IMC : index de masse corporelle (poids/taille2) ; SAPS II : simplified acute physiology score II ; LODS: logistic organ dysfunction system ; VNI : ventilation non invasive ; BPCO: bronchopathie chronique obstructive ; IRC : insuffisance respiratoire chronique ; OAP : oedème aigu du poumon

183

Groupe

HC

(n=119)

Filtre

(n=128)

P

Température (°C) 37,4 (37-38) 37,3 (36,9-38,1) 0,68

Fréquence cardiaque (batt/min) 102 (88-115) 100 (89-114) 0,96

Pression artérielle systolique (mmHg) 135 (119-150) 133 (120-150) 0,90

Fréquence respiratoire (resp/min) 30 (26-35) 30 (26-36) 0,60

Score de Glasgow 15 (14-15 15 (14-15) 0,47

Gaz du sang artériel à l’inclusion

pH 7,32 (7,26-7,40) 7,34 (7,27-7,42) 0,22

PaCO2 (mmHg) 60 (39-76) 58 (43-76) 0,99

PaO2 (mmHg) 66 (54-80) 65 (52-79) 0,59

HCO3- (meq/L) 30 (25-34) 30 (37-36) 0,15

SaO2 (%) 90 (84-95) 90 (84-95) 0,79

Tableau IV.6a: Principales caractéristiques physiologiques des patients à l’inclusion

ACIDOSE Respiratoire HYPOXEMIE HC (n=73) F (n=46) p HC (n=70) F (n=58) p

Température (°C) 37.2 (36.8-37.8) 37 (36.8-37.7) 0,83 38 (37.1-38.5) 37.5 (37-38.5) 0,45 Fréquence cardiaque (batt/min) 94 (84-110) 100 (90-117) 0,25 110 (93-120) 104 (85-113) 0,15 Pression artérielle systolique (mmHg) 138 (120-151) 135 (121-147) 0,66 131 (118-147) 127 (115-155) 0,82 Fréquence respiratoire (resp/min) 28 (25-32) 30 (26-34) 0,26 33 (28-39) 32 (28-36) 0,38 Score de Glasgow 15 (14-15) 15 (14-15) 0,63 15 (15-15) 15 (15-15) 0,36 Gaz du sang artériels à l’inclusion

pH 7.27 (7.22-7.31) 7.28 (7.22-7.32) 0,40 7.43 (7.38-7.45) 7.42 (7.39-7.46) 0,98 PaCO2 (mmHg) 73 (62-87) 75 (61-85) 0,92 37 (33-43) 42 (34-49) 0,04 PaO2 (mmHg) 68 (56-79) 68 (54-83) 0,90 60 (49-86) 62 (50-74) 0,56 HCO3- (meq/L) 32 (29-36) 34 (30-38) 0,25 25 (23-28) 27 (24-30) 0,03

SaO2 (%) 90 (84-94) 89 (84-95) 0,80 91 (85-97) 92 (85-94) 0,31

Tableau IV.6b: Principales caractéristiques physiologiques des patients à l’inclusion selon les sous-groupes.

184

Groupe

HC

(n=119)

Filtre

(n=128)

P

Intubation, n (%) 44 (37) 38 (29,7) 0,40

Intubation après J4, n (%) 15/44 (34) 4/38 (10) 0,03

Durée de la VNI, jours 4,4±3,8 4,5±3,6 0,85

Durée de séjour en réanimation, jours 11,8±11,6 11,7±11,7 0,63

Durée de séjour à l’hôpital, jours 25,6±22,5 25,4±22,7 0,86

Mortalité en réanimation, n (%) 25 (21) 18 (14,1) 0,18

Mortalité hospitalière, n (%) 31 (26,1) 28 (21,9) 0,58 Tableau IV.7a: Impact du système d’humidification utilisé sur le taux d’intubation (critère de jugement principal), la mortalité en réanimation et la mortalité hospitalière.

ACIDOSE Respiratoire HYPOXEMIE

HC (n=73) F (n=46) P HC (n=70) F (n=58) P Intubation, n (%)

25 (34) 23 (33) 0,98 19 (41) 15 (26) 0,13 Mortalité en réanimation, n (%)

13 (18) 11 (16) 0,35 12 (26) 7 (12) 0,18 Mortalité hospitalière, n (%)

15 (21) 14 (20) 0,86 16 (35) 14 (24) 0,23

Tableau IV.7b: Impact du système d’humidification utilisé sur le taux d’intubation (critère de jugement principal), la mortalité en réanimation et la mortalité hospitalière selon le sous-groupe.

185

Tableau IV.8 : Type de ventilateur utilisé dans chaque groupe * Ventilateur à turbine ** Ventilateurs à piston

HC Filtre Evita 2 2 3

Evita2 Dura 21 21 Evita 4 24 20

Bird 8400 1 1 T-Bird* 8 4 Horus 2 5

PB 7200 7 7 PB 740/760** 18 18

PB 840 9 11 Servo 300 11 14 Servo 900 7 14

César 0 0 Autres 7 6

186

Figure IV.4: Inclusions et non inclusions avec stratification en fonction de la présence d’une

« Acidose respiratoire » ou d’une « Hypoxémie sans acidose respiratoire ».

Patients sous VNI

n= 1009

Patients Inclus

n= 249

Patients Analysés

n= 247

Patients Non Inclus(critères d’exclusion, refus du patient ou de la famille, patients inclus dans une autre étude)

n= 760

Groupe Humidificateurs

n= 119

Groupe Filtre

n= 128

Hypoxémie ;

n= 58

Hypoxémie ;

n= 46

Acidose respiratoire

n= 70

Acidose respiratoire

n= 73

Patients Non AnalysésErreur d’inclusion, Absence de critères

d’inclusionn= 2

187

Figure IV.5 : Evolution comparative de la PaCO2 (graphique du bas) et de la Pression

Artérielle Diastolique (PAD) entre l’inclusion et le Jour 5 de l’étude (sous-groupe acidose

respiratoire). Les valeurs de P du test-t comparant le groupe filtre et la groupe humidificateur

sont notées sous les graphes.

Pression artérielle diastolique

40

60

80

100

PA

D (m

mH

g)

40

60

80

100

Pa

CO

2 (

mm

Hg)

Incl. J1 H1 J1 H3 J1 H6 J2 J3 J4 J5

0,580,160,330,060,290,020,060,14 0,580,160,330,060,290,020,060,14

0,950,030,140,080,690,080,200,84 0,950,030,140,080,690,080,200,84

P (test-t)

P (test-t)

FiltreHCFiltreHCFiltreHC

188

Figure IV.6: nombre de jours de VNI avant l’intubation dans le groupe humidificateur chauffant (barres noires) et dans le groupe filtre (barres blanches)

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 13 19 24 25

Durée de la VNI avant l'intubation (jours)

Nom

bre

de

patien

ts

Humidificateur chauffant (n=44)

Filtre (n=38)

189

IV.2 Synthèse sur l’évaluation de l’impact de l’espace mort au cours de la ventilation

non invasive

Avec les mêmes hypothèses que pour les études réalisées chez les patients intubés en

ventilation assistée [4, 130, 132, 133, 180], nous avons effectué plusieurs études comparant

les filtres humidificateurs et les humidificateurs chauffants au cours de la VNI et évaluant

l’impact de l’espace mort des filtres. Dans toutes ces études, nous avons utilisé le même filtre

(Hygrobac, Tycohealthcare, plus une période avec Hygrobac S ayant un espace mort plus

faible dans l’étude 10), le même humidificateur chauffant (MR 850, Fisher&Paykel réglé en

position « VNI ») et nous avons systématiquement retiré le raccord annelé dans les deux

conditions. Une première étude a comparé ces systèmes et a cherché à évaluer l’impact de

l’espace mort des filtres sur le travail respiratoire des patients hypercapniques sous VNI

(étude 11). Chez 9 patients hypercapniques sous VNI, nous avons réalisé une étude

physiologique en cross-over et montré que l’utilisation du filtre entraînait une augmentation

du travail respiratoire qui était presque doublé en comparaison avec un humidificateur

chauffant (15,5±7,7 vs 8,4±4,5 J/min), ce qui était concordant avec ce qui avait été publié

chez les patients sous ventilation invasive [133]. De plus, l’utilisation d’un filtre ne permettait

pas de diminuer le travail du patient sous VNI en comparaison avec le travail respiratoire

avant VNI. Certains index de travail pouvait même augmenter sous VNI en cas d’utilisation

d’un filtre. Cet effet était plus marqué en l’absence de PEP mais persistait avec l’utilisation

d’une PEP. On notait également une augmentation de la ventilation/minute sans bénéfice sur

la ventilation alvéolaire avec l’utilisation des filtres.

Un autre travail réalisé sur un plus large collectif de patients (hypercapniques et

hypoxémiques) a comparé l’effet des deux principaux systèmes d’humidification sur les gaz

du sang artériel et le profil respiratoire au cours d’une étude en cross-over (étude 12). Nous

avons montré chez 81 patients que les filtres entraînaient une réduction de la ventilation

alvéolaire (augmentation de la PaCO2) malgré une ventilation minute augmentée en

comparaison avec les humidificateurs chauffants (15,5±6,4 vs 13,7±5,8 L/min, P<0,001). Cet

effet sur les gaz du sang artériel était présent chez tous les patients mais plus marqué chez les

patients ayant une acidose respiratoire (PaCO2 : 63±18 avec un filtre vs 57±14 mmHg avec un

humidificateur chauffant, P<0,001). Dans un sous-groupe de 19 patients hypercapniques,

l’amélioration de la PaCO2 sous VNI n’a été possible qu’avec l’humidificateur chauffant

(PaCO2: Avant VNI / VNI filtre / VNI humidificateur : 61/61/56 mmHg, P<0,01).

Enfin, une comparaison à large échelle (étude randomisée contrôlée multicentrique

internationale dans le cadre d’un PHRC de l’AP-HP) a été réalisée (étude 13) compte tenu de

l’impact marqué des filtres humidificateurs dans les deux premières études physiologique où

190

ces systèmes entraînaient une nette augmentation du travail respiratoire, une réduction de la

ventilation alvéolaire et une moindre efficacité pour faire baisser la PaCO2. Ce dernier

paramètre était présenté dans plusieurs études comme un élément prédictif majeur de l’issue

de la VNI chez les patients BPCO [273-277]. L’objectif de cette étude multicentrique était de

rechercher un impact clinique du système d’humidification utilisé au cours de la VNI.

247 patients ont été inclus dans 15 centres en un peu plus d’un an. 128 patients ont été

ventilés sous VNI avec un filtre et 119 avec un humidificateur chauffant. Une stratification de

la randomisation avait été prévue selon le type d’insuffisance respiratoire : acidose

respiratoire ou hypoxémie. Les patients étaient comparables sur l’âge, sur les index de gravité

(en dehors du sous-groupe «hypoxémique» où le LODS était significativement plus élevé à

l’inclusion), sur les comorbidités et sur les indications de la VNI. Le taux d’intubation était

similaire dans les deux groupes: 29,7% dans le groupe filtre et 37% dans le groupe

humidificateur (P=0,40), sans différence significative dans l’analyse des sous-groupes. Trois

heures après l’inclusion, dans le sous-groupe « acidose respiratoire », la PaCO2 était plus

basse dans le groupe humidificateur sans atteindre la significativité (66 vs 72 mm Hg, P=

0,08). Aucune différence n’a été retrouvée dans la durée de VNI, la durée de séjour ou la

mortalité en réanimation (filtre 14,1% vs humidificateur 21%, P=0,18). De façon intéressante,

34% des intubations dans le groupe humidificateur et 10% dans le groupe filtre ont été

réalisées de façon tardive après au moins 4 jours de VNI (P=0,03), situation reconnue comme

pouvant augmenter la mortalité [283].

Cette dernière étude nous oblige à nuancer les recommandations quant au système

d’humidification à utiliser au cours de la VNI. Alors que les études préliminaires montraient

que l’humidification des gaz délivrés était moins efficace au cours de la VNI avec les filtres,

que les filtres entraînaient une augmentation du travail respiratoire, de la ventilation/minute et

une baisse de la ventilation alvéolaire, cette étude multicentrique montre l’absence d’impact

clinique du système d’humidification utilisé. Les filtres pourraient donc être utilisés en

première intention pour initier la VNI, mais en l’absence de correction d’une encéphalopathie

hypercapnique, d’une acidose respiratoire ou des signes de détresse après la période initiale de

VNI, un humidificateur chauffant pourrait être utilisé pour réduire l’espace mort. De même,

s’il existe une hypercapnie menaçante entraînant des troubles de la vigilance, un

humidificateur chauffant pourrait être utilisé en première intention. Chez les patients

hypoxémiques, même s’il n’existe pas de différence statistiquement significative, les données

de l’étude 13 montrant dans ce sous-groupe des tendances à une augmentation du taux

d’intubation et de la mortalité avec les humidificateurs chauffants doivent inciter à la

prudence.

191

V. CONCLUSIONS

L’humidification des voies aériennes au cours de la ventilation mécanique peut se faire

par différents systèmes: les humidificateurs chauffants, les filtres humidificateurs, et les filtres

« actifs ».

Cette thèse précise les avantages et les inconvénients de ces systèmes pour permettre

l’optimisation de l’humidification au cours de la ventilation mécanique invasive et de la

ventilation non invasive.

Nous avons réalisé une évaluation des performances hygrométriques des différents

systèmes d’humidification par la technique de la psychrométrie, sur banc et également chez

des patients. Cette évaluation indépendante permet de mieux préciser les performances des

différents systèmes d’humidification actuellement disponibles et les facteurs qui peuvent

influencer leurs performances. Nous avons également évalué l’hygrométrie au cours d’une

situation clinique particulière : l’hypothermie.

Enfin, nous avons entrepris une évaluation globale de ces systèmes au cours de la

ventilation non invasive : (i) évaluation des performances hygrométriques avec la technique

de la psychrométrie sur banc et chez des sujets sains au cours de la ventilation non invasive en

aide inspiratoire et au cours de la CPAP, (ii) évaluation physiologique chez des patients de

l’impact de l’espace mort des filtres en comparaison avec les humidificateurs chauffants (iii)

impact du système d’humidification au cours de la ventilation non invasive sur le succès de la

technique (taux d’intubation) au cours d’une étude randomisée contrôlée multicentrique.

Evaluation des différents systèmes au cours de la ventilation invasive

Nous avons démontré que les humidificateurs chauffants avec fils chauffants (dernière

génération) sont soumis à l’influence de facteurs extérieurs comme la température ambiante et

la température de sortie de ventilateur. Dans certaines situations défavorables (température

ambiante élevée et température de sortie de ventilateur élevée), ces systèmes délivrent une

humidité absolue inférieure à 20 mgH2O/L, ce qui entraîne une humidification très

insuffisante et un risque important d’occlusions de sondes pour les patients. Nous avons

démontré que ces performances insuffisantes étaient en rapport avec le système de régulation

complexe des humidificateurs de dernière génération, basée sur la température à la sortie de la

chambre d’humidification. Nous avons également évalué les performances des

humidificateurs de génération précédente, en montrant une influence moindre de ces facteurs

sur ces systèmes. L’amélioration technologique des humidificateurs chauffants de dernière

génération a permis de compenser en partie ce problème. De même, de nouveaux

192

humidificateurs chauffants ayant des principes de fonctionnement originaux (humidificateurs

à contre-courant) semblent plus performants et stables.

Nous avons aussi évalué à l’occasion d’un appel d’offre de l’Assistance Publique des

Hôpitaux de Paris un nombre important de filtres humidificateurs. Cette évaluation

indépendante est la plus large réalisée et a permis de démontrer (i) une hétérogénéité majeure

dans les performances d’humidification de ces systèmes (ii) une différence parfois importante

avec les données fournies par les constructeurs ce qui suggère qu’une évaluation indépendante

de ces dispositifs médicaux est souhaitable.

Par ailleurs, les nouveaux systèmes d’humidification, les « filtres actifs », ont été

évalués avec la même technique et ont démontré des niveaux d’hygrométrie plus élevés (de 3

à 5 mgH2O/L) en comparaison avec les filtres humidificateurs. Pourtant, aucune donnée ne

prouve un avantage clinique à cet apport supplémentaire.

Les performances hygrométriques de ces systèmes ont été comparées aux données de

la littérature ce qui a permis de placer sur une échelle d’humidification chacun de ces

systèmes. Certains présentent un risque pour le patient (filtres hydrophobiques et

humidificateurs chauffants en cas de température ambiante élevée) et devraient être évités.

L’ensemble de ces évaluations hygrométriques ont permis de discuter le niveau optimal

souhaitable pour les patients sous ventilation invasive. Le niveau minimum de 30 mgH2O/L

actuellement recommandé semble satisfaisant. Malgré tout, il n’existe que peu de données

avec des systèmes d’humidification ayant des performances intermédiaires (entre 25 et 30

mgH2O/L), les quelques études disponibles démontrent que le risque d’occlusion de sonde est

également faible dans cette zone [100, 125, 251]. L’intérêt d’atteindre des niveaux plus élevés

(entre 30 et 40 mgH2O/L) reste sans réponse claire.

Enfin, l’évaluation des circuits utilisés avec les humidificateurs chauffants a montré

que le problème de la condensation dans la voie inspiratoire existait encore malgré

l’utilisation de fils chauffants. Les nouveaux circuits expiratoires « poreux » permettent de

réduire l’humidité des gaz qui rentrent dans le respirateur et pourraient réduire la

condensation dans les circuits expiratoires.

Evaluation des résistances des filtres après une utilisation prolongée

Nous avons évalué l’évolution des résistances des filtres après utilisation prolongée

(48 à 72 heures) et avons comparé l’impact du gaz utilisé (air ou héliox) sur ces résistances.

Les résistances étaient modérément augmentées dans la majorité des cas (1,98 avant

utilisation à 2,54 cmH2O/L/s après utilisation, p<0,001). Dans certains cas, les résistances des

filtres après utilisation pouvaient être supérieures à 3 cmH2O/L/s en air dans 19 % des cas, et

193

supérieures à 4 cmH2O/L/s dans 4% des cas. Nous avons montré que les résistances mesurées

avec l’héliox étaient significativement supérieures aux résistances mesurées avec l’air ce qui

suggère un écoulement laminaire dans les filtres étudiés. Par ailleurs, en comparant les

résistances des filtres avec les autres éléments du circuit, nous avons montré qu’avec l’héliox

comme gaz moteur, les résistances des filtres ont un poids plus important sur les résistances

totales du circuit.

Evaluation des différents systèmes au cours de l’hypothermie

L’hypothermie induite à 33°C est une thérapeutique neuroprotectrice récemment

décrite, en particulier au cours de l’arrêt cardio-circulatoire, et d’autres indications semblent

prometteuses.

L’utilisation d’une hypothermie entraîne des problèmes potentiels pour

l’humidification des gaz. Chacun des systèmes (humidificateur chauffant, filtre et filtre actif)

a été évalué par la psychrométrie dans une étude physiologique en « cross-over » chez des

patients en hypothermie hospitalisés après un arrêt cardio-respiratoire.

Les filtres humidificateurs montrent des performances très diminuées au cours de

l’hypothermie du fait de leur principe de fonctionnement. En effet, les gaz expiratoires ont

dans cette situation un contenu en eau faible et les filtres qui récupèrent cette humidité

délivrent des gaz ayant une humidité absolue inférieure à 25 mgH2O/L, des niveaux proches

de ceux décrits comme étant à risque d’occlusion de sonde. Les filtres actifs, malgré un apport

d’eau additionnel donnent des niveaux d’humidification un peu meilleurs que les filtres, mais

qui sont insuffisants, à peine supérieurs à 25 mgH2O/L. Enfin, les humidificateurs chauffants,

dans cette situation spécifique pourraient entraîner un risque de « sur-humidification ». En

effet, à 33°C, alors que le contenu maximal en eau d’un gaz est de 36 mgH2O/L, les

humidificateurs chauffants étudiés (humidificateurs avec fils chauffants) peuvent délivrer des

niveaux supérieurs avec le risque de condensation du gaz dans le patient. En théorie, il existe

des risques de micro-atélectasies dans cette situation. Cette étude physiologique pose donc le

problème et une évaluation clinique de ces risques reste à faire.

Evaluation des différents systèmes au cours de la ventilation non invasive

Peu de données concernant l’humidification des voies aériennes au cours de la

ventilation non invasive (VNI) étaient disponibles.

Une première évaluation hygrométrique chez des sujets sains a montré que les

performances des filtres humidificateurs étaient très influencées par les fuites au contraire des

humidificateurs chauffants.

194

L’évaluation de l’humidification au cours de la CPAP (pression positive continue) a

permis de préciser les niveaux d’hygrométrie avec les différents systèmes d’humidification.

Certaines recommandations sont suggérées au vu de ces résultats même s’il est difficile de

donner des recommandations claires. En effet, contrairement à la situation au cours de la

ventilation invasive, les voies aériennes ne sont pas court-circuitées et l’humidification

physiologique peut jouer son rôle en partie. D’autres études seront nécessaires pour évaluer

plus précisément l’impact des gaz secs dans cette situation.

Nous avons également réalisé une évaluation de l’influence de l’espace mort des filtres

au cours de la VNI, en comparaison avec les humidificateurs chauffants. Nous avons montré

au cours de deux études physiologiques que l’utilisation des filtres, du fait de leur espace mort

additionnel, entraînaient une augmentation importante du travail respiratoire, une

augmentation de la ventilation minute et une réduction de la ventilation alvéolaire.

Ces avantages potentiels des humidificateurs chauffants en comparaison avec les

filtres nous ont incité à réaliser une étude randomisée contrôlée où ces deux systèmes

d’humidification ont été comparés au cours de la VNI chez près de 250 patients. Le taux de

succès de la technique était identique dans les deux groupes. Les effets trouvés au cours des

évaluations physiologiques précédentes ont pu être atténués du fait du contexte clinique au

cours duquel les fuites sont souvent plus importantes qu’au cours des études physiologiques

plus contrôlées. Cette étude suggère également que d’autres facteurs comme les fuites, les

asynchronies patient-ventilateur et la tolérance de la technique influencent plus le succès de la

VNI que le choix du système d’humidification.

Conclusions - recommandations

Les performances des différents systèmes ont pu être précisées au cours de ce travail,

de même que les influences « externes » (température ambiante, température du ventilateur) et

les influences « internes » (température corporelle du patient) pouvant affecter ces

performances. L’ensemble de ces données nous permet de préciser les indications des

différents systèmes au cours de la ventilation invasive et de la ventilation non invasive.

Au cours de la ventilation invasive :

Les faiblesses des humidificateurs chauffants (instabilité des performances et

condensation dans les circuits) ont été particulièrement décrites. Compte tenu de leurs

faiblesses et de l’absence de démonstration d’une supériorité de ces systèmes, de leur coût

plus important et de leur complexité en comparaison avec les filtres, l’utilisation des

humidificateurs chauffants devrait être raisonnée et limitée à certaines situations comme la

195

ventilation du SDRA ou de l’asthme. Dans ces situations, la limitation de l’espace mort est un

des aspects importants de la prise en charge.

Les filtres devraient être utilisés en première intention chez la plupart des patients,

avec des durées d’utilisation supérieures à 24 heures et pouvant aller jusqu’à une semaine à

condition d’utiliser des filtres performants. Le choix d’un filtre humidificateur doit s’appuyer

en premier lieu sur les données d’évaluations indépendantes des performances en termes

d’hygrométrie. Il existe en effet une très grande hétérogénéité de leurs performances, mais

plusieurs filtres humidificateurs permettent d’obtenir des niveaux d’hygrométrie proches ou

légèrement supérieurs au seuil recommandé de 30 mgH2O/L.

Les filtres « actifs » ont des performances supérieures aux meilleurs filtres

humidificateurs, mais leur coût est plus élevé et leur utilisation est plus complexe.

Actuellement aucune donnée dans la littérature ne permet de justifier une utilisation large

compte tenu de leurs inconvénients.

La poursuite des évaluations indépendantes des systèmes d’humidification nous

semble donc très souhaitable.

Au cours de la VNI :

Dans la majorité des cas, un système d’humidification doit être utilisé au cours de la

ventilation non invasive. Les effets bénéfiques des humidificateurs chauffants comparés aux

filtres sur le travail respiratoire et les gaz du sang ne semblent pas se traduire par un bénéfice

clinique en termes d’efficacité de la technique. Là encore, l’utilisation des humidificateurs

chauffants devrait être réservée à quelques patients (troubles de la vigilance en rapport avec

une hypercapnie sévère ou absence de correction de l’acidose après les premières séances de

VNI) et leur utilisation ne devrait pas être généralisée. En cas de persistance de l’hypercapnie

sous VNI avec un filtre, l’essai d’un humidificateur chauffant devrait être bref pour éviter de

trop retarder une intubation nécessaire.

196

VI. BIBLIOGRAPHIE

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211

VII. ANNEXES

Annexes à l’étude 1

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs sur

différentes génération d’humidificateurs chauffants :

Abstract

Lellouche F., Taillé S., Qader S., Maggiore SM, Deye N., Brochard L. Influence de la température ambiante et du ventilateur sur le fonctionnement des humidificateurs chauffants. Réanimation : journal de la Société de réanimation de langue française 2002; 11 : 141s. Introduction

Après avoir montré dans une première étude l’influence des conditions externes et

particulièrement de la température ambiante et de la température de sortie de ventilateur sur

les performances des humidificateurs chauffants avec fils chauffants [167], notre question

était de savoir si ces conditions pouvaient influencer les humidificateurs chauffants de

génération précédente ayant des principes de fonctionnement différents.

Le but de cette étude était d'évaluer l’influence de la température ambiante sur les

performances hygrométriques d'une large gamme d’humidificateurs chauffants ayant des

principes de fonctionnement différents.

Méthode

Nous avons testé sur banc neuf humidificateurs chauffants différents dans différentes

conditions de température ambiante et avec différents réglages : 5 humidificateurs chauffants

sans fil chauffant, 3 humidificateurs chauffants avec fils chauffants et un humidificateur

chauffant avec fils chauffants et système de compensation :

Humidificateurs chauffant sans fil chauffant sur la voie inspiratoire (Figure I.2 A et B,

page 18): ces humidificateurs chauffants sont régulés en fonction de la température en Y qui

est mesurée :

- MR 450 (Fisher&Paykel), Aérodyne Thermo (Kendall) : réglage de la température à la pièce

en Y et mesure de cette température avec rétrocontrôle sur l’intensité de la plaque chauffante

- Cascade I et Cascade II (Puritan Benett), Aquapor (Dräger): pas de réglage direct de la

température, mais réglage d’une intensité de chauffage de la plaque chauffante (0 à 10 par

exemple) avec mesure de la température à la pièce en Y.

Pour tous ces modèles d’humidificateurs, nous avons réalisé des mesures pour des

températures à la pièce en Y à 32°C, réglage recommandé et proche du réglage utilisé pendant

longtemps [12, 13, 54, 119], 35°C et 37°C pour comparer avec les données des

humidificateurs avec fils chauffants.

212

Humidificateurs chauffants avec fil chauffant sur la voie inspiratoire (Figure I.2 C, page

18): ces humidificateurs chauffants ont le principe de fonctionnement pour lequel avait été

montré dans l’étude précédente des risques de sous-humidification en cas de température

élevée à l’entrée de la chambre de sous-humidification.

Avec ces humidificateurs, les températures de sortie de chambre et la température en Y sont

réglées et sont mesurées par le système. Les modèles testés étaient les suivants (température

de sortie de chambre/température à la pièce en Y) :

- MR 730 (Fisher&Paykel) (37/40, 40/40, et à 37/40 avec une ligne sèche longue: 37/40 LL),

- Aerodyne Ultratherm (Kendall) (37/39, 39/39).

- En plus des deux modèles déjà testés dans la première étude, un autre humidificateur ayant

le même principe de fonctionnement a été testé : Conchatherm IV (Hudson) (37/39, 39/39).

Humidificateur chauffant avec fil chauffant et système de compensation automatique:

MR 850 (Fisher&Paykel).

Les humidificateurs chauffants ont été testés sur un banc selon les mêmes principes que lors

de l’étude précédente,

- Les mesures ont été réalisées dans deux conditions de température ambiante: température

élevée (28-30°C) et normale (22-24°C).

- 6 mesures ont été réalisées après trois heures d’équilibre pour chaque condition comprenant:

• l’humidité (relative et absolue) des gaz inspirés était déterminée par la méthode

psychrométrique.

• les températures: ambiante, de sortie du ventilateur, d’entrée de chambre

d’humidification (mesurées par un thermomètre de haute précision, Duotemp,

Fisher&Paykel), les températures de sortie de chambre d’humidification et à la pièce

en Y (recueillies à partir des données de l'humidificateur chauffant).

Le ventilateur moteur sur lesquels les humidificateurs étaient branchés était un ventilateur à

turbine: T-Bird avec les réglages suivants: volume courant=500 ml, fréquence =30/min, débit

carré = 60 l/min, PEP =5 cmH2O, FiO2 =100 %. Le circuit était raccordé à un ballon test.

Résultats

Les performances des humidificateurs chauffants avec fil chauffant sur la branche

inspiratoire sont très fortement influencées par la température ambiante, comme cela avait été

montré lors de la précédente étude. Ces différents humidificateurs chauffants de dernière

génération sont tous influencés dans les mêmes proportions (Figures A.1 et A.2). Certains

réglages (absence de gradient de température) permettent d'éviter la sous-humidification des

gaz de même que l’utilisation de la compensation avec le MR 850. L'utilisation d'une ligne

213

sèche longue n'est pas efficace lorsque la température ambiante est élevée (Figure A.2).

Les humidificateurs chauffants de première génération, quant à eux avaient des

performances stables, satisfaisantes et peu influencées par la température ambiante avec des

réglagesà 35 et 37°C à la pièce en Y (Figures A.1 et A.2). En revanche, pour le réglage à

32°C, l’humidité absolue délivrée était le plus souvent légèrement supérieure à 30 mgH2O/L

mais parfois inférieure à ce seuil (Figure A.3).

Discussion

Nous avons retrouvé dans cette étude l'influence majeure de la température ambiante

sur les performances des humidificateurs chauffants de dernière génération avec fils

chauffants. Des performances extrêmement faibles ont été retrouvées en cas de température

ambiante élevée aux réglages standards. Certains réglages permettent d'éviter ces risques de

sous-humidification des gaz. Les humidificateurs de première génération étaient moins

influencés par la température ambiante. Ces résultats confirment ceux de l’étude précédente

[167] pour les humidificateurs chauffants ayant des fils chauffants et montre que les

humidificateurs chauffants sans fils chauffants n’ayant pas de régulation basée sur la

température de sortie de chambre sont moins influencés par ces facteurs. En revanche, ces

humidificateurs de première génération délivraient des gaz ayant une humidité absolue aux

alentours de 30 mgH2O/L avec le réglage de 32°C. Plusieurs auteurs ont utilisé des

températures cibles inférieures à 32°C [12, 14], mais le plus souvent, les températures

recommandées à la pièce en Y étaient légèrement supérieures [54]. En théorie, donc, les

niveaux d’humidification devaient être satisfaisants avec les humidificateurs chauffants de

première génération.

Cela peut expliquer que le problème des occlusions de sonde associé aux

humidificateurs chauffants ait été soulevé principalement avec les humidificateurs ayant des

fils chauffants [118] puisque ces systèmes, dans certaines situation peuvent délivrer des gaz

très secs. La fréquence des occlusions de sonde semble élevée avec ces humidificateurs, entre

2,7% [116] et 5,8% [16]. Avec les humidificateurs chauffants de première génération, la

fréquence semble moindre: Cohen et al ont retrouvé des taux d’occlusion de sondes de 1,2%

[11], 1,8% dans l’étude de Hurni et al où les températures utilisées étaient assez basses (32°C

à la pièce en Y) [119], et 8% dans l’étude de Misset et al sur un petit nombre de patients [13]

et avec également des températures cibles assez faibles (32-34°C à la pièce en Y). Miayo et al

ont recensé 7 occlusions de sondes (sans donner de précision sur l’incidence) avec des

humidificateurs chauffants avec fils chauffants et déclarent ne plus connaître ce problème

après être retourné à l’utilisation des humidificateurs sans fils chauffants [118].

214

Figure A.1: Humidité absolue des gaz inspiratoires avec différents humidificateurs chauffants : à gauche sont représentées les données concernant 5 humidificateurs chauffants de première génération. A droite, sont représentées les données concernant des humidificateurs avec fils chauffants, dont un (MR 850) ayant un système de compensation. L’humidité théorique délivrée à 35°C est de 39,7 mgH2O/L, et à 37°C de 44 mgH2O/L.

Figure A.2: différence entre l’humidité absolue délivrée avec une température normale et une température élevée avec neuf différents humidificateurs chauffants et à différents réglages. Pour les humidificateurs de première génération (barres blanches), la température correspond à la température à la pièce en Y. Pour les humidificateurs avec fils chauffants (barres grises), les températures correspondent à la température d’entrée de chambre et la température à la pièce en Y). Pour l’humidificateur chauffant avec compensation automatique, les réglages hors compensation, correspondent à 37/40. LL: ligne « sèche » longue (partie du circuit entre le ventilateur et l’humidificateur).

20

25

30

35

40

45

Casca

de 1 (3

5)

Casca

de 2

(35)

THERMO (3

5)

AQUAPOR (35)

MR 45

0 (35)

ULTRAHERM

(37/

39)

CONCHATHERM

IV (3

7/39

)

MR 73

0 (3

7/40

)

MR 85

0 (a

vec c

omp.,

SW

560)

Humidité Absolue (mgH 2O/L)

Température ambiante "élevée" 28-30°C

Température ambiante "normale" 22-24°C

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

Delta HA (mgH 2O/L)

Aqu

apor

MR

450

Utltr

athe

rm

Con

cha

IV

The

rmo

MR

730

MR

85035°C 37°C 35°C 37°C 35°C 37°C

37/39 39/39 37/39 39/39 37/40 40/4037/40LL

AvecComp.

SansComp.

Cas

cade

1

Cas

cade

2

35°C 37°C 35°C 37°C

215

Figure A.3: différence entre l’humidité absolue délivrée avec une température normale et une température élevée avec cinq humidificateurs chauffants « de première génération » à différents réglages : 32, 35 et 37°C à la pièce en Y.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

37°C 35°C 32°C 37°C 35°C 32°C 37°C 35°C 32°C 37°C 35°C 32°C 37°C 35°C 32°C

Cascade 1 Cascade 2 Thermo Aquapor MR450

Hum

idité Absolue (m

gH 2O/L)

Température ambiante élevée (28-30°C)

Température ambiante normale (22-24°C)

216

o Influence de la température ambiante et de la température des ventilateurs

sur deux humidificateurs chauffants parmi les plus récents

Abstract

F.Lellouche, A.Lyazidi, L.Brochard. Improvement of humidification performances with new heated humidifiers. Intensive Care Medicine 2006

Introduction

Les performances des humidificateurs chauffants de dernière génération (avec fils chauffants

sur la voie inspiratoire) sont fortement diminuées lorsque la température ambiante ou la

température de sortie des ventilateurs est élevée, ceci du fait de leur système particulier de

régulation [167]. Le but de cette étude était d’évaluer sur banc deux nouveaux systèmes

d’humidification dans différentes conditions d’utilisation. Un de ces systèmes consiste en

l’amélioration de l’algorithme de compensation, l’autre est un humidificateur chauffant ayant

un principe de fonctionnement qui diffère des autres humidificateurs. Par ailleurs, en plus de

l’influence de la température ambiante, nous avons voulu tester l’influence du débit de pointe

ainsi que du volume courant utilisés sur les performances hygrométriques de ces systèmes.

Méthode

Les performances hygrométriques de deux humidificateurs, HC 200 (Gründler médical) et

MR850 avec un nouveau logiciel de compensation (software 714, Fisher&Paykel) ont été

évaluées sur banc. De même, le MR850 avec le précédent logiciel (software 560,

Fisher&Paykel) a été évalué dans les mêmes conditions. Trois mesures de l’humidité des gaz

inspiratoires ont été réalisées avec la méthode de psychrométrie pour chaque condition:

Plusieurs conditions étaient étudiées :

- 2 températures : température normale (22-24°C) et élevée (28-30°C),

- 2 débits (60 et 100 L /min),

- 2 volumes courants (500 et 1000 ml) avec une fréquence respiratoire à 20/min

- 2 ventilateurs Bird (gaz muraux) à 21% de FiO2 (température de sortie d’environ

35°C) et T-Bird (turbine) à 100% de FiO2 (température de sortie d’environ 40°C).

Le nouvel humidificateur chauffant (HC200, Grundler médical) a le même système de

régulation que les autres humidificateur ayant des fils chauffants. Il se différencie des autres

systèmes par sa chambre d’humidification « à contre-courant » qui permet le passage de l’air

aux travers de micro-canaux remplis d’eau chauffée à la température de la chambre. C’est une

technologie originale qui ne se compare à aucun autre humidificateur actuellement existant

(Figure I.2, page 18).

217

Résultats

Aucun des deux systèmes n’était influencé par les conditions testées, que ce soit les

volumes courants, les débits utilisés ou la température ambiante (Figure A.4). Ils délivrent des

gaz inspiratoires avec des niveaux d’hygrométrie supérieurs au seuil recommandé (30

mgH2O/L) et et même supérieurs à ce qui avait été trouvé lors des précédentes évaluations.

De plus, les performances du logiciel de compensation du MR 850 se sont améliorées (Figure

A.5).

Discussion

Les nouveaux humidificateurs chauffants (HC 200 et MR 850 avec le logiciel de

compensation 714) ont des meilleures performances d’humidification et ne sont pas

influencés pas les différentes conditions de température, de débit et de volume (Figure A.4).

Dans les mêmes conditions d’évaluation, le logiciel de compensation 714 est plus performant

que le logiciel précédent 560 (Figure A.5). Les risques associés à la sous-humidification des

gaz semblent peu probables avec ces nouveaux systèmes. Peu de données existent en

revanche avec de tels niveaux d’humidification. Les données théoriques de sur-humidification

obtenues chez l’animal n’ont jusqu’à présent pas pu être observées chez l’homme du fait de

systèmes qui n’atteignaient pas des niveaux élevés d’hygrométrie. Avec ces nouveaux

systèmes, une vigilance clinique particulière est donc nécessaire.

Il n’existe pas dans la littérature d’évaluation disponible pour les systèmes de

compensation utilisés avec le MR850, en dehors de l’évaluation réalisée dans l’étude 1 [167].

Dans cette étude, le logiciel de compensation de première génération avait été utilisé et

montrait des performances inférieures aux logiciels testés dans la présente étude.

L’humidificateur HC 200 qui utilise un nouveau principe de fonctionnement, humidification à

contre-courant a été testé par Schumann et al et comparé au MR 850, l’utilisation ou non avec

cet humidificateur du système de compensation n’était pas mentionnée dans cette étude [104].

Les performances hygrométriques ont été évaluées par la méthode gravimétrique. Les deux

humidificateurs chauffants testés avaient des performances proches (environ 33 mgH2O/L

d’humidité absolue des gaz inspiratoires) et n’étaient pas influencés par le débit utilisé. En

revanche, le MR 850 avait des performances réduites quand la ventilation minute était

augmentée de 8,4 à 14 L/min. Néanmoins, l’absence d’indication quant à l’utilisation ou non

de système de compensation avec le MR 850 limite l’analyse des résultats de cette étude. Les

niveaux d’hygrométrie retrouvés dans l’étude de Schumann et coll. sont plus bas que ceux

retrouvés dans notre étude (avec des différences allant jusqu’à 6 mgH2O/L). Ces différences

sont probablement liées à la technique de mesure de l’hygrométrie utilisée. La méthode

218

gravimétrique est considérée par certains auteurs comme difficile à mettre en place et

dépendant beaucoup de la précision des mesures des volumes et de la balance utilisée [154,

200].

En conclusion, il semble que les systèmes d’humidification les plus récents permettent

d’atteindre des niveaux d’humidification proche des 40 mgH2O/L et sont peu influencés par

les réglages et les conditions extérieures. Néanmoins, il n’existe aucune donnée prouvant que

ces niveaux d’humidification atteints soient cliniquement meilleurs que ceux obtenus par des

filtres humidificateurs qui délivrent 30 mgH2O/L. De plus, des risques potentiels de sur-

humidification pourraient exister avec ces niveaux atteints et nécessitent une évaluation

spécifique.

219

Figure A.4: Humidité absolue des gaz inspiratoires avec le nouvel algorithme de compensation du MR850 (logiciel 714) (barres blanches) et avec le HC 200 (barres noires), à différents volumes courants et différents débits inspiratoires.

Figure A.5: Humidité absolue des gaz inspiratoires avec compensation (barres noires), avec l’ancien (logiciel 560) et le nouvel algorithme de compensation du MR850 (logiciel 714), et sans compensation (barres blanches) à différentes températures ambiantes.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Vt 500Flow 60

Vt 1000Flow 60

Vt 500Flow 100

Vt 1000Flow 100

Hum

idit

é A

bso

lue

(mgH

2O

/L)

HC 200, Grundler

MR 850 (SW 714), F&P

Débit 60 Débit 60 Débit 100 Débit 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Humidité Absolue (mgH 2O/L)

Compensation

Sans compensation

28-30°C 22-24°C

Logiciel 560

Logiciel560

Logiciel714

Logiciel714

220

Annexe à l’étude 3

o Evaluation sur banc du Booster utilisé avec deux filtres humidificateurs

Absence d’abstract

Introduction

En complément de l’évaluation des performances hygrométriques des filtres antibactériens et

filtres humidificateurs réalisée lors de l’appel d’offre de l’AP-HP, nous avons évalué l’apport

en terme de performances du système Booster™ utilisé avec deux filtres humidificateurs

distincts.

Méthode

Nous avons réalisé 3 mesures d’hygrométrie pour deux filtres humidificateurs différents

(Hygrobac (Mallinkrodt) et Pall BB100E (Pall)) utilisés avec et sans le système Booster™:

Les mesures étaient réalisées après 3 heures d’équilibre avec les mêmes paramètres que ceux

utilisés lors de l’étude 3.

Résultat

Les résultats sont présentés sur la Figure A.6.

Discussion

Avec le dispositif Booster™, dans cette étude, un ajout de 3 mgH2O/L environ a été noté pour

les deux filtres testés. L’intérêt clinique est incertain avec des contraintes pratiques évidentes.

Le filtre Hygrobac atteint le seuil de 30 mgH2O/L sans l’aide du Booster. L’intérêt clinique de

l’ajout de 3mgH2O/L n’est pas démontré. Avec le filtre BB100E, le seuil des 30 mgH2O/L est

atteint grâce au dispositif Booster. L’intérêt théorique existe pour certains filtres ayant des

performances intermédiaires qui n’atteignent pas, seuls, le niveau de 30 mgH2O/L, mais cette

solution est à l’évidence peu satisfaisante, puisqu’il existe des filtres humidificateurs qui

atteignent le même niveau sans l’aide du Booster.

221

Figure A.6: Humidité absolue des gaz inspiratoires obtenue sans et avec le Booster™ pour deux filtres humidificateurs. En pointillé est indiquée la valeur seuil de 30 mgH2O/L recommandée.

25

30

35

Hygrobac Hygrobac +booster

PALL BB 100 E

PALL BB 100 E +

booster

Hum

idit

é ab

solu

e (m

g H

2O

/L)

+ 3 mgH

2O/L

+ 3 mgH

2O/L